Международная группа астрофизиков впервые получила убедительные доказательства существования в Млечном Пути природного ускорителя протонов сверхвысоких энергий — так называемого протонного ПэВатрона.
Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.
Открытие позволяет приблизиться к разгадке природы космических лучей, которая остается одной из самых сложных проблем астрофизики на протяжении более ста лет. Ключом к успеху стало объединение данных сразу трех крупных обсерваторий — космического гамма-телескопа Fermi, рентгеновской обсерватории Chandra и японского радиотелескопа Nobeyama.
Главные мысли за 1 минуту
- Природный ускоритель разгоняет протоны до энергий, превышающих 1 квадриллион электронвольт (10¹⁵ эВ).
- Объект LHAASO J1912+1014u находится в созвездии Орла рядом со звездой Альтаир.
- Анализ гамма-излучения в диапазоне от 400 миллионов до более чем 100 триллионов электронвольт подтвердил протонную природу источника.
- Совпадение карты гамма-излучения с распределением межзвездного газа стало решающим аргументом в пользу открытия.
- В Млечном Пути обнаружены еще несколько десятков кандидатов в ПэВатроны, которые планируется изучить по той же методике.
Как ученые подтвердили существование ПэВатрона
Объект LHAASO J1912+1014u впервые зафиксировала китайская обсерватория LHAASO в 2024 году. Он находится в созвездии Орла неподалеку от звезды Альтаир. Первоначально астрономы предполагали, что имеют дело с остатком взрыва сверхновой или туманностью, порожденной пульсаром. Но имевшихся данных не хватало для однозначного вывода.
Главная сложность заключалась в том, что высокоэнергетическое гамма-излучение может возникать как при ускорении протонов, так и электронов. Именно поэтому только наблюдений LHAASO и эксперимента Tibet ASγ было недостаточно для окончательных выводов.
Комбинация телескопов как ключ к разгадке
Чтобы решить эту задачу, исследователи задействовали данные сразу нескольких диапазонов электромагнитного спектра. Космический телескоп Fermi-LAT зафиксировал гамма-излучение с энергией порядка гигаэлектронвольт. Радиотелескоп FUGIN позволил проследить распределение межзвездного газа. Обсерватория Chandra измерила интенсивность рентгеновского излучения.
Анализ показал, что гамма-излучение объекта непрерывно охватывает диапазон от более чем 100 триллионов электронвольт до 400 миллионов электронвольт. Такая энергетическая картина противоречит модели ускорения электронов, но полностью соответствует сценарию ускорения протонов до энергий уровня ПэВ.
Дополнительным аргументом стало совпадение карты гамма-излучения с распределением межзвездного газа. Именно при столкновении ускоренных протонов с газовыми облаками рождаются гамма-кванты, которые зарегистрировали приборы. При этом наблюдения Chandra показали крайне слабое диффузное рентгеновское излучение — еще одно подтверждение протонной природы источника.
Руководитель исследования Цунефуми Мидзуно сравнил работу международной команды с японской пословицей о трех стрелах, которые невозможно сломать вместе. Только совместный анализ данных разных телескопов позволил окончательно подтвердить существование природного ускорителя протонов.
Что дальше: карта галактических ускорителей
Ученые отмечают, что в Млечном Пути известно еще несколько десятков возможных ПэВатронов. В ближайшее время они планируют провести аналогичный комплексный анализ других кандидатов. Цель — лучше понять происхождение самых энергичных космических лучей в нашей галактике и механизмы, способные разгонять частицы до таких колоссальных энергий.
