Звездный труп проливает свет на происхождение космических лучей

Происхождение космических лучей, частиц высоких энергий из космического пространства, постоянно воздействующих на Землю, является одним из самых сложных вопросов в астрофизике. Теперь, новое исследование, опубликованное в журнале Monthly Notices Королевского астрономического общества, проливает свет на происхождение этих энергетических частиц.

Космические лучи, обнаруженные более 100 лет назад, считающиеся потенциальным риском для здоровья экипажей самолетов и космонавтов, создаются ударными волнами, например, взрывами сверхновых. Самые энергичные космические лучи, проходящие через Вселенную, несут в 10-100 миллионов раз больше энергии, генерируемой Большим адронным коллайдером в ЦЕРНе.

Крабовидная туманность, образовавшаяся после взрыва сверхновой звезды, и наблюдавшаяся почти 1000 лет назад, является одним из наиболее изученных объектов в истории астрономии и известным источником космических лучей. Она излучает по всему электромагнитному спектру: от гамма-лучей, ультрафиолетового и видимого света до инфракрасных и радиоволн. Большая часть того, что мы видим, исходит от очень энергичных частиц (электронов), и астрофизики могут строить подробные модели, чтобы попытаться воспроизвести излучение, которое эти частицы испускают.

Новое исследование, проведенное Федерико Фрашетти из Университета Аризоны, США и Мартином Полом из Университета Потсдама, Германия, показывает, что электромагнитное излучение, текущее из Крабовидной туманности, может возникать иначе, чем традиционно считали ученые: радиация потенциально может быть унифицирована и возникнуть из одной популяции электронов, гипотеза, которая ранее считалась невозможной.

Согласно общепринятой модели, когда частицы достигают границы, они многократно отскакивают назад и вперед из-за магнитной турбулентности. Во время этого процесса они получают энергию — подобно тому, как теннисный мяч отскакивает между двумя ракетами, которые неуклонно приближаются друг к другу, и приближаются к скорости света. Такая модель следует идее, представленной итальянским физиком Энрико Ферми в 1949 году.

«Нынешние модели не включают то, что происходит, когда частицы достигают наивысшей энергии», — сказал Федерико, ученый из Университета Аризоны. «Только если мы включим другой процесс ускорения, в котором число частиц более высоких энергий уменьшается быстрее, чем при меньшей энергии, мы можем объяснить весь электромагнитный спектр, который мы видим. Это говорит о том, что, хотя ударная волна является источником ускорения частиц, механизмы должны быть разными».

Соавтор Мартин Пол добавил: «Новый результат представляет собой важный шаг вперед для нашего понимания ускорения частиц от космических объектов и помогает расшифровать происхождение энергетических частиц, которые встречаются почти везде во Вселенной».

Авторы заключают, что требуется лучшее понимание того, как частицы ускоряются от космических источников, и как ускорение работает, когда энергия частиц становится очень большой. Несколько миссий НАСА, в том числе ACE, STEREO и WIND, посвящены изучению аналогичных свойств, вызванных плазменными взрывами на поверхности Солнца при их движении к Земле, и поэтому могут добавить важные сведения об этих эффектах в ближайшем будущем.

Источники: https://phys.org/news/2017-09-stellar-corpse-cosmic-rays.html