Ученые доказали, что космические лучи с высочайшими энергиями порождаются пульсарами
Пульсары — нейтронные звезды с мощнейшими магнитными полями — разгоняют заряженные частицы, и прежде всего электроны, до самых экстремальных энергий. В свою очередь эти электроны могут порождать столь же экстремальные гамма-кванты, которые в конечном счете и позволяют астрономам обнаруживать эти естественные «пусковые установки» частиц. Статья об этом опубликована в Astrophysical Journal Letters.
В прошлом году исследователи из китайской высотной обсерватории LHAASO на Тибетском нагорье, предназначенной для наблюдений за широкими атмосферными ливнями, вызываемыми гамма-лучами и космическими лучами, объявили о регистрации гамма-квантов с самой высокой энергией из всех, когда-либо обнаруженных, — до 1,4 квадриллиона электрон-вольт. Это примерно на два порядка выше, чем максимальная энергия частиц на мощнейшем в мире ускорителе, Большом адронном коллайдере, расположенном недалеко от Женевы.
Считается, что некоторые высокоэнергичные гамма-кванты возникают в той же среде, что и заряженные частицы космических лучей. Механизм их появления заключается в том, что космические лучи могут врезаться в окружающие фотоны, имеющие относительно низкую энергию, превращая их в высокоэнергетические гамма-лучи. Сами заряженные частицы прихотливо движутся в галактических магнитных полях, под влиянием которых их первоначальная траектория искажается, что не позволяет отыскать их источник, а вот гамма-лучи, невосприимчивые к магнитным полям, дают возможность не только отследить место их собственного происхождения, но и выяснить, где рождаются первоначальные космические лучи.
В новом исследовании Эмма де Онья Вильгельми, работающая на Немецком электронном синхротроне DESY в Гамбурге, и ее коллеги из других европейских стран с помощью расчетов показали, что источником экстремальных частиц, зарегистрированных LHAASO, являются турбулентные облака и заряженные частицы, окружающие пульсары.
«Мы с большим удивлением увидели, что столь экстремальными условиями можно объяснить все источники, которые наблюдал LHAASO», — говорит де Онья Вильгельми.
Молодые пульсары в центрах планетарных туманностей, возраст которых не превышает 200 тыс. лет, оказывается, могут обеспечить всю эту мощь благодаря своим сверхсильным магнитным полям, создающим турбулентные магнитные пузыри, именуемые магнитосферами.