Ученые нашли мощные гамма-ускорители внутри нашей Галактики

МОСКВА, 6 апр — РИА Новости. Астрофизики, фиксирующие приход к Земле космических гамма-лучей высоких энергий, выяснили, что все они исходят из области галактического диска Млечного Пути. По мнению авторов, это свидетельствует о том, что внутри нашей Галактики действуют мощные космические ускорители неизвестной пока природы. Ученые назвали их пэватронами. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Межзвездная среда заполнена двигающимися с релятивистскими скоростями заряженными частицами — в основном протонами и ядрами гелия. Мощность таких потоков обычно составляет десятки и сотни тераэлектронвольт (10¹² электронвольт). Но периодически космические телескопы и наземные обсерватории фиксируют космические лучи с энергией, превышающей один петаэлектронвольт (1 ПэВ равен 10¹⁵ электронвольт).

До сих пор считали, что главные ускорители галактических космических лучей — остатки сверхновых, испускающие излучение из окружающих их оболочек разрушенного материала, в которых действуют процессы диффузионного ударного ускорения. В результате, частицы получают энергию от ударных волн сверхновой и уносятся в пространство, распространяя ударный фронт. При столкновениях их с межзвездным газом генерируются гамма-лучи.

Такие лучи двигаются с релятивистскими скоростями, но ученые сомневаются, что они могут достигать петаэлектронвольтных энергий, поэтому ищут другие источники ускорения, или "пэватроны", которые могут разгонять частицы до таких высоких энергий.

Для фиксации космических лучей высоких энергий на Тибетском нагорье построили обсерваторию, состоящую из 697 детекторов, расположенных на площади 65 700 квадратных метров. Эти детекторы обнаруживают вспышки света, возникающие при столкновении гамма-квантов с молекулами в атмосфере Земли. Конфигурация обсерватории позволяет измерять энергию и направление прихода каждой волны гамма-излучения с угловым разрешением в доли градуса для энергий 10 ТэВ и выше.

За десятилетия работы китайские и японские ученые, обслуживающие эксперимент, получивший название Tibet AS-Gamma, обнаружили диффузную "дымку" гамма-лучей с энергиями от 100 ТэВ до 1 ПэВ, в том числе 23 кванта излучения с чрезвычайно высокой энергией. Причем все они пришли из тех областей нашей Галактики, где нет каких-либо известных астрономических источников.

Понимание происхождения космических лучей часто осложняется тем, что заряженные частицы отклоняются межзвездными и межгалактическими магнитными полями. Это создает рассеянный характер свечения, затрудняя идентификацию источников. Но на гамма-фотоны магнитные поля не действуют, они двигаются только по прямой, поэтому точно указывают на местоположение источника.

Авторы предполагают, что мощное гамма-излучение возникло в пространстве между звездами. Реконструкция направлений прихода лучей показывает, что диффузные фотоны прибывают из областей, лежащих в пределах нескольких градусов от плоскости галактического диска.

Исследователи рассматривают и другие вероятные источники мощного гамма-излучения — сверхмассивную черную дыру в центре нашей Галактики или плотные звездные скопления.

Ученые надеются, что по мере появления данных других инструментов, таких как Большая высокогорная обсерватория воздушных ливней (LHAASO) в Китае и строящийся Массив черенковских телескопов, они смогут определить не только направление прихода, но и сами источники мощных гамма-лучей.