Астрономы давно задаются вопросом, откуда в нашей галактике берутся высокоэнергетические космические лучи.
Новые наблюдения из Высокогорного водного эксперимента Черенкова (HAWC) выявили маловероятного кандидата: гигантское молекулярное облако, которое является обычным явлением. Космические лучи-это вовсе не лучи, а скорее крошечные частицы, движущиеся во Вселенной почти со скоростью света. Они могут состоять из электронов, протонов или даже ионов более тяжелых элементов. Они создаются во всех видах высокоэнергетических процессов во всем космосе, от взрывов сверхновых до слияния звезд и последних безумных моментов, когда черная дыра всасывает газ. Космические лучи бывают самых разнообразных энергий, и вообще говоря, космические лучи с более высокими энергиями встречаются реже, чем их низкоэнергетические родственники. Это соотношение изменяется очень незначительно при определенной энергии - 10 ^ 15 электрон-вольт-которая называется"коленом". Электрон-вольт, или эВ, - это просто способ, которым физики элементарных частиц любят измерять энергетические уровни. Для сравнения, самый мощный коллайдер частиц на Земле, Большой адронный коллайдер, может достигать 13 х 10 ^ 12 эВ, что часто называют 13 тераэлектронвольтами или 13 ТэВ.
Космические лучи с энергиями выше 10-15 эВ встречаются гораздо реже, чем можно было бы ожидать. Это привело астрономов к убеждению, что любые космические лучи на этом энергетическом уровне и выше приходят извне галактики, в то время как процессы в Млечном Пути способны производить космические лучи до 10-15 эВ включительно.
Все, что создает эти космические лучи, будет находиться в диапазоне "пета" и, следовательно, более чем в 1000 раз мощнее наших лучших ускорителей частиц - естественных "певатронов", блуждающих по галактике.
Миссия проста: найти источник космических лучей ПэВ-масштаба в Млечном Пути. Но, несмотря на их энергию, трудно определить их происхождение. Это происходит потому, что космические лучи состоят из заряженных частиц, а заряженные частицы, путешествующие в межзвездном пространстве, реагируют на магнитное поле нашей галактики. Поэтому, когда вы видите высокоэнергетический космический луч, идущий с определенного направления в небе, вы действительно понятия не имеете, откуда он на самом деле пришел-его путь искривлялся и искривлялся, когда он двигался к Земле.
Но вместо того, чтобы искать непосредственно космические лучи, мы можем искать их родственников. Когда космические лучи случайно попадают в облако межзвездного газа, они могут испускать гамма-лучи, высокоэнергетическую форму излучения. Эти гамма - лучи проходят через галактику по прямой линии, что позволяет нам непосредственно определить их происхождение.
Поэтому, если мы видим источник сильного гамма-излучения, мы можем искать близлежащие источники космических лучей ПэВ.
Этот метод был использован группой исследователей, использующих HAWC, который расположен на вулкане Сьерра-Негра в юго-центральной Мексике. ХОУК "смотрит" в небо рядом с резервуарами, наполненными сверхчистой водой. Когда высокоэнергетические частицы или излучение попадают в резервуары, они испускают вспышку синего света, что позволяет астрономам отслеживать источник в небе.
Подробно в статье, недавно опубликованной в препринте журнала arXiv, астрономы обнаружили источник гамма - излучения, превышающего 200 ТэВ, который может быть создан только еще более мощными космическими лучами-типами космических лучей, достигающими масштаба ПэВ. Источник, названный HAWC J1825-134, расположен примерно в направлении центра Галактики. HAWC J1825-134 кажется ярким пятном гамма - лучей, освещенным каким-то неизвестным источником космических лучей-возможно, самым мощным известным источником космических лучей в Млечном Пути.
Несколько распространенных подозрительных источников высокоэнергетических космических лучей находятся в пределах нескольких тысяч световых лет от HAWC J1825-134, но ни один из них не может легко объяснить сигнал.
Например, сам галактический центр является известным генератором интенсивных космических лучей, но он находится слишком далеко от HAWC J1825-134, поэтому не имеет отношения к этим измерениям.
Есть некоторые остатки сверхновых, и сверхновые, несомненно, очень мощные. Но все сверхновые в районе HAWC J1825-134 взорвались давным - давно-слишком давно, чтобы сейчас создавать эти высокоэнергетические космические лучи. Пульсары - быстро вращающиеся плотные остатки ядер массивных звезд - также производят обильное количество космических лучей. Но они также находятся слишком далеко от источника гамма - излучения-энергии электронов и протонов, исходящих от пульсара, просто недостаточно высоки, чтобы пройти тысячи световых лет до места, где испускается гамма-излучение. Удивительно, но источником этих рекордных космических лучей оказалось не что иное, как гигантское молекулярное облако. Эти облака-гигантские, неуклюжие существа, наполненные пылью и газом, которые бродят по галактике. Иногда они сжимаются и превращаются в звезды, но в остальном они могут оставаться спокойными и свободными в течение миллиардов лет. Не причиняя никому серьезной угрозы - и едва ли даже заметной, если у вас нет хороших инфракрасных телескопов - это последнее место, где вы ожидали бы найти такие безумно высокие энергии.
Внутри облачного комплекса есть скопление новорожденных звезд, но даже самые причудливые и громкие молодые звезды не считаются достаточно мощными, чтобы запустить такие космические лучи. Сами исследователи признаются, что не знают, как это облако делает, но каким-то образом, когда никто не обращал внимания, оно породило одни из самых мощных частиц во всей галактике.
Напомним, что ранее сообщалось, что астрономы зафиксировали неизвестные повторяющиеся сигналы.
