Китайская обсерватория впервые обнаружила певатроны в нашей Галактике21.05.2021 19:50

Китайская обсерватория LHAASO зарегистрировала 530 фотонов с энергией между 0,1 и 1,4 петаэлектронвольта от 12 источников в пределах Млечного пути. Это подтверждает существование галактических певатронов — космических ускорителей в нашей Галактике, которые разгоняют частицы до энергий порядка петаэлектронвольта и опровергают традиционное понимание Млечного Пути.

Космические ускорители были обнаружены с использованием детекторной матрицы, которая была достроена в конце 2019 года и проработала 11 месяцев в 2020 году.

Фотоны с энергией, превышающей 1 ПэВ, были обнаружены в очень активной области звездообразования в созвездии Лебедя. LHAASO также выявила 12 стабильных источников гамма-излучения с энергией примерно до 1 ПэВ и значениями фотонных сигналов, на семь стандартных отклонений больше, чем окружающий фон. Эти источники расположены в нашей галактике в местах, которые можно измерить с точностью выше 0,3°. Это самые яркие источники гамма-излучения Млечного Пути в поле зрения LHAASO. Одним из певатронов оказалась Крабовидная туманность.

Таким образом, это исследование показывает, что наша Галактика имеет ускорители мощнее LHC, который работает в ЦЕРНе с пределом в 0,01 ПэВ. До сих пор это значение считалось прогнозируемым пределом, что приводило к естественному обрезанию спектра гамма-лучей выше этого значения. Но наблюдение LHAASO позволило увеличить этот «предел», поскольку спектры большинства источников не усечены.

Эти открытия показывают, что небесные объекты с нетепловым излучением, такие как молодые массивные звездные скопления, остатки сверхновых, туманности пульсарного ветра и т. д. в созвездиии Лебедя и Крабовидной туманности являются лучшими кандидатами для обнаружения космических лучей сверхвысокой энергии в Млечном пути.

С помощью гамма-астрономии может быть разгадана вековая загадка происхождения космических лучей. LHAASO позволит ученым исследовать экстремальные астрофизические явления и соответствующие им процессы, а также основные законы физики в экстремальных условиях.

Физики уже больше ста лет исследуют частицы высоких энергий, источниками которых являются внеземные объекты (вплоть до 1021 электронвольт — в 100 млн раз больше, чем энергия частиц в кольце Большого адронного коллайдера). Однако до сих пор было неясно, какие именно космические объекты могут приводить к такому ускорению. Космические лучи с энергией порядка петаэлектронвольта имеют излом кривой спектра, который связывают с различной природой космических лучей с меньшими и большими значениями энергии. Гипотетические источники таких частиц и называют певатронами. Их определение усложнено тем, что они успевают отклониться от начальной траектории своего движения из-за сильных магнитных полей в космическом пространстве.

Физики наблюдают высокоэнергетические фотоны, которые должны рождаться при взаимодействии ускоренных протонов и других заряженных частиц с космической средой. Эти гамма-кванты не отклоняются магнитным полем.

Сама LHAASO расположена на высоте 4410 метров в китайской провинции. Площадь обсерватории достигает 1 квадратного километра, на котором расположены 5195 сцинтилляционных счетчиков и 1188 мюонных детекторов, а в центре — 3 водных черенковских детектора c общей площадью в 78 000 квадратных метров и 18 черенковских детекторов с широким полем зрения.

В дальнейшем пороговый поток излучения для регистрации источника гамма-квантов сверхвысоких энергий будет уменьшен как минимум на порядок.

Одним из наиболее известных и мощных инструментов изучения источников гамма-излучения является космический телескоп Ферми. Это обсерватория на низкой земной орбите, предназначенная для наблюдения больших областей космоса в диапазоне гамма-излучения. В 2016 году НАСА публиковало данные наблюдений Ферми за шесть лет в одном видео.