[Перевод] Неожиданное открытие может пролить свет на космическую тайну
13.01.2024, Роберт Ли, space.com
«Мы обнаружили гораздо более сильный сигнал, чем тот, который искали, причем в другой части неба».
На иллюстрации изображена плоскость Млечного Пути (красная линия) с фиолетовыми кругами, представляющими загадочный сигнал гамма-излучения. Credit: NASA«s Goddard Space Flight Center
За пределами нашей галактики Млечный Путь астрономы обнаружили неожиданную и необъяснимую структуру, которая испускает высокоэнергетическое излучение, называемое гамма-лучами.
Команда, стоящая за открытием, в том числе космолог NASA и Университета Мэриленда Александр Кашлинский, обнаружила сигнал гамма-излучения, просматривая 13-летние данные телескопа Ферми NASA.
«Это совершенно случайное открытие, — сказал Кашлинский в своем заявлении. — Мы обнаружили гораздо более сильный сигнал, чем тот, который мы искали, причем в другой части неба».
Что делает этот гамма-сигнал еще более странным, так это тот факт, что он расположен рядом с другим необъяснимым объектом в космосе — источником самых высокоэнергичных космических частиц, когда-либо обнаруженных.
Команда считает, что вновь обнаруженный сигнал связан с этими высокоэнергетическими частицами, или космическими лучами, которые состоят в основном из протонов, нейтронов и атомных ядер.
Эти космические лучи сверхвысокой энергии (ultra-high-energy cosmic rays — UHECR) несут в миллиард раз больше энергии, чем гамма-лучи, и их происхождение остается одной из величайших загадок астрофизики — загадкой, которую дополняет открытие этого источника гамма-лучей.
Охота за космическими ископаемыми привела к сюрпризу
Эта новая загадочная особенность гамма-излучения может быть сродни своеобразной характеристике космического микроволнового фона (cosmic microwave background — CMB).
Реликтовое излучение представляет собой старейший свет во Вселенной и является космическим ископаемым, оставшимся от события, произошедшего примерно через 380 000 лет после Большого взрыва. До этого Вселенная представляла собой горячий, плотный суп из свободных электронов и протонов, через который не мог проходить свет.
Однако примерно в это время Вселенная достаточно остыла, чтобы позволить электронам и протонам объединиться и образовать первичные атомы. Внезапное отсутствие свободных электронов означало, что фотоны, частицы света, больше не рассеивались бесконечно этими отрицательно заряженными частицами.
Вселенная фактически в одно мгновение превратилась из непрозрачной в прозрачную, позволив первому свету распространиться. Реликтовое излучение состоит из этих первых свободно перемещающихся фотонов.
По мере расширения Вселенной в последующие почти 13,8 миллиардов лет эти фотоны потеряли энергию и теперь имеют единую температуру минус 454 градуса по Фаренгейту (минус 270 градусов по Цельсию).
Реликтовое излучение было впервые обнаружено американскими радиоастрономами Робертом Уилсоном и Арно Пензиасом в мае 1964 года как микроволновое излучение со всех направлений неба. Однако в 1990-х годах это кажущееся единообразие было поставлено под сомнение, когда космический корабль NASA Cosmic Background Explorer (COBE) обнаружил крошечные изменения температуры реликтового излучения.
COBE обнаружил, что реликтовое излучение на 0,12% горячее и имеет больше микроволн в направлении созвездия Льва и на 0,12% холоднее, чем в среднем, в противоположном направлении с меньшим количеством микроволн.
Эту картину, или «диполь», в реликтовом излучении объясняют движением нашей Солнечной системы — со скоростью 370 км/с (230 миль в секунду) относительно поля ископаемого излучения. Однако если это так, то подобные диполи, вызванные движением Солнечной системы, должны возникать во всем диапазоне электромагнитного излучения от астрофизических источников далеко за пределами Солнечной системы, но до сих пор этого не наблюдалось.
Астрономы ищут этот эффект в других типах излучения, чтобы подтвердить, что диполь реликтового излучения является результатом нашего движения.
«Такое измерение важно, потому что разногласия с размером и направлением диполя реликтового излучения могут дать нам представление о физических процессах, происходящих в очень ранней Вселенной, возможно, в те времена, когда ее возраст составлял менее одной триллионной секунды», — сказал член команды Фернандо Атрио-Барандела, профессор теоретической физики Университета Саламанки в Испании.
Одна космическая загадка или две?
Команда обратилась к космическому телескопу Ферми и его инструменту LAT (Large Area Telescope), который сканирует все небо над Землей несколько раз в день, чтобы собрать и сопоставить данные за многие годы. Исследователи надеялись, что в данных LAT скрыта картина дипольного излучения, которую можно обнаружить в гамма-лучах.
Из-за эффектов специальной теории относительности и высокоэнергетической природы гамма-лучей такой диполь должен быть в пять раз более заметен в этих данных, чем в низкоэнергетическом микроволновом реликтовом излучении. Команда нашла нечто похожее на эту закономерность, но не там, где они ожидали.
«Мы нашли диполь гамма-излучения, но его пик расположен на южном небе, далеко от [пика реликтового излучения], а его величина в 10 раз превышает ту, которую мы ожидаем от нашего движения, — сказал член команды Крис Шрейдер. астрофизик Католического университета Америки. — Хотя это не то, что мы искали, мы подозреваем, что это может быть связано с аналогичной особенностью, обнаруженной для космических лучей самой высокой энергии».
Соответствующий диполь имеется в потоках заряженных частиц высоких энергий составляющих UHECR, когда они прибывают на Землю, и который был впервые обнаружен обсерваторией Пьера Оже в Аргентине еще в 2017 году.
Несмотря на то, что эти заряженные частицы по мере продвижения к Земле отклоняются из-за магнитного поля Млечного Пути и других магнитных полей, а сила этого отклонения зависит от энергии частицы и ее заряда, диполь UHECR все равно достигает максимума в определенном месте. близком тому месту, где Кашлинский и его коллеги нашли источник гамма-излучения.
Команда предполагает, что из-за этой корреляции в местоположении загадочные гамма-лучи и UHECR, вероятно, связаны, особенно если учесть, что производят оба явления неопознанные источники.
Астрономы теперь хотят исследовать места этих выбросов, чтобы определить источник или, возможно, источники этого излучения сверхвысокой энергии и этих частиц сверхвысокой энергии, чтобы увидеть, действительно ли они связаны и представляют ли они одну космическую загадку, которую нужно разгадать.
Результаты команды были представлены Кашлинским на 243-м собрании Американского астрономического общества в Новом Орлеане, штат Луизиана, и обсуждаются в статье, опубликованной в среду (10 января) в The Astrophysical Journal Letters.
Перевод: Александр Тарлаковский (блог tay-ceti.space)
Оригинал: Surprise gamma-ray discovery could shed light on cosmic mystery
Научная статья: Probing the Dipole of the Diffuse Gamma-Ray Background. A. Kashlinsky, F. Atrio-Barandela and C.S. Shrader
Объяснение с точки зрения теории осциллирующей вселенной от Николая Горькавого:
…группа Кашлинского, опытная в обработке холодного реликтового излучения, решила применить свои навыки к горячим гамма-квантам, которые 13 лет накапливал спутник Ферми. Речь идет об очень энергичных квантах в десятки гигаэлектронвольт. Если исходить из концепции абсолютно изотропной Вселенной, то можно ожидать, что гамма кванты дадут такой же по направлению диполь с аналогичной амплитудой, так как единственный источник анизотропии в такой картине мира — это движение Солнца сквозь фон квантов и частиц. И вот случился сюрприз — гамма-квантовый диполь оказался направленным совсем не туда (на схеме слева сверху красный кружок в южном полушарии) и имеет амплитуду в 7%, что в десятки раз превосходит амплитуду диполя реликтового излучения.
Это и есть главная сенсация, которая, между нами говоря, ставит всю концепцию изотропной Вселенной под большой вопрос. Кашлинский связал эту глобальную анизотропию с другой — загадочной анизотропией космических частиц сверхвысокой энергии (тут уже речь идет о многих миллиардах ГэВ!), карта распределения которых показана справа внизу. Совпадение этих двух эффектов по амплитуде (у обоих 7%), и близость по направлению, обостряет конфликт наблюдений и модели изотропной Вселенной до предела.
Одновременно новое открытие подтверждает модель пульсирующей анизотропной Вселенной, в которой не нужно вводить никаких новых гипотез (так полагается в правильных теориях) для объяснения этого феномена. Если посмотреть налево вниз — на карту квадрупольной анизотропии постоянной Хаббла (которая построена группой Мигкаса по рентгеновскому излучению скоплений галактик и имеет амплитуду около 15%), то увидим, насколько хорошо совпадает как направление гамма-квантового диполя, так и диполя энергичных частиц, с минимумом постоянной Хаббла. Именно в этом направлении, по моему мнению, располагается центр Вселенной и растущая Большая Черная Дыра, которая и обеспечивает уменьшение постоянной Хаббла в этом направлении (так показывают мои расчеты на основе модифицированного первого уравнения Фридмана). На это указывает еще один глобальный анизотропный феномен — распределение осей галактик.
Как показал российский астроном Амирханян (чья работа в данной области поразительно недооценена в виду несовпадения его выводов с концепцией изотропной Вселенной), оси галактик ИЗБЕГАЮТ направления на центр Вселенной и противоположного (ссылки есть в моей книге «Осциллирующая Вселенная». В книге я обсуждаю этот феномен и показываю, что он логично объясняется в рамках модели формирования галактик вокруг сверхмассивных черных дыр. Если такие дыры движутся через газовую среду с какой-то средней ненулевой скоростью, направленной от центра Вселенной, то геометрия захватов облаков вокруг таких дыр будет такова, что оси протодисков галактик будут избегать направления, в котором движутся дыры. Это диктуется простой небесной механикой.
Итак, в небе есть направление (примерно туда смотрит Южный полюс Земли):
1. Откуда идет поток гамма-квантов
2. А также высокоэнергичных частиц
3. В котором постоянная Хаббла имеет минимум
4. Которое избегают оси вращения галактик
Пункты 3 и 4 уже объяснены. А как в модели осциллирующей Вселенной объяснить пункты 1 и 2? Очень просто. В Большом Взрыве участвуют:
1. Плазма из частиц и квантов
2. Реликтовые черные дыры
3. Реликтовые нейтронные звезды (как показано в статье с Сергеем Тюльбашевым).
Вместе с потоком черных дыр, задающим направление вращения галактик, будет двигаться и поток реликтовых нейтронных звезд, уцелевших при коллапсе и взрыве. Они обладают мощными магнитными полями, которые делают нейтронные звезды естественными ускорителями как частиц, так и генераторами гамма-квантов (например: Астрономы нашли источник космических лучей с самыми высокими энергиями). Эта анизотропия распределения реликтовых нейтронных звезд может объяснить наблюдаемые диполи гамма-квантов и энергичных частиц. Это, конечно, гипотеза, но простая и логичная, не требующая введения никаких новых сущностей. Так что время и наблюдатели работают на нас, помимо своего желания.
Источник
