На борту Международной космической станции многолетний эксперимент привел к результатам, которые больше напоминают детективный сюжет, нежели рутинную обработку данных.
Обработав почти миллион встреч с ядрами фосфора, хлора, аргона, калия и кальция, установка Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) позволила ученым заглянуть в глубины процессов, управляющих разгоном вещества до околосветовых скоростей.
Выяснилось, что стройная картина мира, описывающая рождение и путешествие этих частиц, далека от реальности.
Исследователи из международной коллаборации AMS доказали, что поведение тяжелых заряженных частиц не является беспорядочным.
Вопреки ожиданиям, все зафиксированные потоки естественным образом расслаиваются на две составляющие — первичную и вторичную.
Первая рождается в экстремальных «космических ускорителях» вроде взрывов сверхновых, а вторая возникает позже, когда странники сталкиваются с веществом в межзвездных облаках. Раньше такое деление считалось частным случаем, но новые данные говорят об универсальности этого правила.
Четыре клана вместо единого потока
Главная интрига исследования кроется в глобальной перестановке сил внутри таблицы Менделеева, наблюдаемой в космическом пространстве. Ученые проанализировали характеристики двадцати различных элементов — от легкого гелия до тяжелого железа и кальция. Оказалось, что по своему поведению на высоких энергиях все они распадаются на четыре четко очерченных класса. Две популяции состоят преимущественно из частиц, напрямую пришедших от своих астрофизических источников, тогда как две другие — это «продукты вторичной переработки», возникшие в ходе скитаний.
Особенно резкий контраст проявился при изучении магии атомных чисел. Анализ показал, что элементы с четным зарядом, такие как аргон и кальций, ведут себя совершенно иначе, чем их нечетные соседи. У них доминирует первичная, нетронутая компонента. Согласно цифрам, опубликованным коллаборацией, при энергиях порядка 1 ТэВ на долю первичного кальция приходится около 83% потока, в то время как у «нечетных» фосфора и калия это значение едва достигает скромных 24% и 22%.
Слепые зоны современных теорий
Полученные данные позволили астрофизикам практически «препарировать» источники космических лучей, минуя искажения, вносимые их долгой дорогой к Земле. Удалось измерить истинное содержание редких элементов по отношению к кремнию. К примеру, соотношение для хлора составляет 0,0097, а для аргона — 0,022. Однако самое громкое заявление касается не точности замеров, а несостоятельности теории. Современная и широко используемая модель распространения частиц GALPROP-HELMOD с треском провалила экзамен, не сумев воспроизвести увиденное детектором AMS-02.
Выявленные расхождения между математическим моделированием и реальными наблюдениями слишком велики, чтобы их игнорировать. Это однозначно указывает на то, что физикам придется переписывать фундаментальные сценарии эволюции тяжелых космических лучей. Механизмы их формирования и ускорения явно сложнее и многограннее, чем предполагалось в рабочих гипотезах.
Тринадцатилетняя космическая вахта детектора AMS-02 подарила науке не просто новые цифры, а целую таксономию высокоэнергетической Вселенной. По мере поступления свежих данных у исследователей появляется шанс окончательно установить, какие именно небесные тела служат главными природными коллайдерами, разгоняющими материю до чудовищных энергий. Статья с изложением этих открытий увидела свет в авторитетном издании Physical Review Letters.
