Найдены самые «работящие» ускорители частиц во Вселенной: ими оказались микроквазары
Наша планета постоянно подвергается бомбардировке частицами из космоса. И хотя мы больше наслышаны о метеоритах, которые
попадают в поле притяжения Земли и создают падающие звезды на ночном небе, именно мельчайшие частицы помогают ученым понять природу Вселенной.
Субатомные частицы, такие как электроны или протоны, прибывающие из
межзвездного пространства, являются одними из самых
быстрых частиц, известных во Вселенной. Благодаря корпускулярно-волновой природе элементарных частиц их также называют космическими
лучами.
Происхождение и механизмы ускорения самых энергичных из этих
космических частиц остаются одной из главных загадок астрофизики.
Быстро движущиеся потоки материи (или «струи»), исходящие из черных дыр, были бы идеальным механизмом для ускорения частиц, но детали того, как и при каких условиях могут происходить процессы ускорения, до сих пор не ясны.
Самые мощные струи в нашей галактике генерируются в микроквазарах — системах, состоящих из черной дыры звездной массы и «обычной» звезды. Они вращаются вокруг друг друга, и, когда они сближаются, черная дыра начинает поглощать свою спутницу. В результате из области, близкой к черной дыре, выбрасываются потоки частиц.
В последние пару лет появляется все больше доказательств того, что струи микроквазаров являются эффективными ускорителями частиц. Однако неясно, насколько они в совокупности влияют на общее количество космических лучей в галактике. Чтобы ответить на этот вопрос, нужно понять, все ли микроквазары способны ускорять частицы или только некоторые из них.
Микроквазары обычно классифицируют в зависимости от массы звезды в системе как «легкие» или «тяжелые» системы, причем маломассивных систем гораздо больше.
До сих пор доказательства ускорения частиц были обнаружены только для систем с высокой массой. Например, микроквазар SS 433, который
недавно был признан одним из самых мощных ускорителей частиц в галактике, включает звезду, масса которой примерно в 10 раз превышает массу Солнца.
Считалось, что микроквазары с низкой массой недостаточно мощны, чтобы генерировать излучение.
Доктор Лаура Оливера-Ньето из Института ядерной физики Общества Макса Планка в Гейдельберге, Германия, и доктор Гильем Марти-Девеса из
Университета Триеста, Италия, сделали открытие, которое меняет эту парадигму. Работа опубликована в The Astrophysical Journal Letters.
Они использовали данные 16-летней давности, полученные детектором Large Area Telescope на борту спутника NASA «Ферми», которому была поставлена задача обнаружить слабое гамма-излучения объекта GRS 1915+105 — микроквазара со звездой размером меньше Солнца.
Измеренная энергия гамма-излучения превышает 10 ГэВ, что указывает на то, что система может ускорять частицы до еще более высоких энергий, чем при обычной генерации гамма-лучей. Наблюдения подтверждают сценарий, при котором протоны ускоряются в «струях», после чего высвобождаются и взаимодействуют с окружающим газом, образуя гамма-излучение.
В статье также используются данные 45-метрового радиотелескопа Нобэяма в Японии, которые указывают на то, что вокруг источника достаточно газового материала для реализации этого сценария. Результат доказывает, что даже микроквазары с маломассивными звезды, способны ускорять частицы. Поскольку это самый многочисленный класс микроквазаров, данное открытие имеет значение для оценки их вклада в генерацию космических лучей в нашей галактике и во Вселенной в целом. Однако для дальнейшего уточнения причин, по которым некоторые системы эффективно ускоряют частицы, а другие — нет, потребуются дополнительные наблюдения и исследования на разных длинах волн.
О том, что представляют собой полноценные «большие» квазары, рассказано в статье на нашем сайте.
