Fermi знайшов у Всесвіті джерело екстремальних космічних частинок

Астрономи давно шукали місця походження деяких протонів із найвищою енергією (PeV) в нашій Галактиці. Після 12 років досліджень з використанням даних гамма-телескопа Fermi NASA підтверджує, що залишок наднової є саме таким джерелом екстремальних космічних частинок.

Гамма-телескоп Fermi
Гамма-телескоп Fermi. Зображення: NASA

Fermi довів, що ударні хвилі від наднових розганяють частинки до швидкості, близької до світлової. Ці частинки, які називаються космічними променями, здебільшого мають форму протонів, але можуть включати атомні ядра та електрони. Оскільки всі вони несуть електричний заряд, їхні шляхи стають заплутаними, коли вони рухаються крізь магнітне поле Галактики. Через непередбачувану траєкторію вченим тривалий час не вдавалось знайти джерело походження екстремальних частинок. Але один ефект допоміг зафіксувати місце їхнього походження.

Коли частинки з екстремальною енергією стикаються з міжзоряним газом біля наднової, вони створюють яскраве світіння гамма-променів — світло найвищої енергії, що досягає мільярди електронвольт. Частинки, захоплені хаотичними магнітними полями, неодноразово перетинають ударну хвилю наднової, набираючи швидкість і енергію з кожним проходженням. Згодом магнітне поле більше не може їх утримувати, й вони вириваються у міжзоряний простір.

Знайдене джерело

Астрономи детально вивчали залишки наднових. Проте із 300 залишків лише деякі з них випромінюють гамма-промені з достатньо високою енергією. Але одна конкретна зіркова катастрофа привернула багато уваги астрономів. Це кометоподібна хмара під назвою G106.3+2.7, що розташована на відстані приблизно 2600 світлових років у сузір’ї Цефея. Яскравий пульсар J2229+6114 покриває північний край залишку наднової, й астрономи вважають, що обидва об’єкти утворилися в результаті одного вибуху.

Телескоп Fermi виявив гамма-промені потужністю мільярд електронвольт із розширеного хвоста залишку. Далі телескопічна система радіаційної обробки зображень VERITAS в обсерваторії Фреда Лоуренса Віппла у південній Аризоні зареєструвала гамма-промені ще більшої енергії з того самого регіону. Висотна гамма-обсерваторія Черенкова у Мексиці та Тибетський експеримент AS-Gamma в Китаї виявили фотони з енергією 100 трлн електронвольт у зоні, дослідженій Fermi та VERITAS. Щоб розуміти потужність випромінювання, для порівняння, енергія видимого світла становить приблизно від 2 до 3 електронвольт.

«За допомогою даних Fermi за 12 років ми переконалися, що G106.3+2.7 справді є джерелом протонів із найвищою енергією», — пояснив співавтор Генріке Флейшхак з Католицького університету Америки у Вашингтоні та Goddard Space NASA.

Стаття з детальним описом результатів була опублікована 10 серпня в журналі Physical Review Letters.

Раніше ми повідомляли про те, як нейтронні зорі допоможуть виявити темну матерію.

Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!

Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine