Откритието на "супер ПеВатрон": Галактически ускорител на космически лъчи

У чените са идентифицирали област в Млечния път, способна да ускорява частици до свръхвисоки енергийни нива.

Астрономите са открили огромен „балон от гама-лъчи“, който може да е източник на най-мощните космически лъчи в Млечния път - високоенергийни частици, които падат върху Земята от космоса.

Галактическият ускорител с турбокомпресор, наречен "супер ПеВатрон", е способен да изхвърля космически лъчи с енергии от поне 10 петаелектронволта (PeV; 1016 електронволта), което надхвърля горната граница на енергиите, които се смята, че достигат тези частици в Млечния път.

Mysterious black hole jets may be the source of powerful cosmic rays: Observations of the microquasar SS 433 provide clues to how these small black holes accelerate electrons to produce high-energy jets https://t.co/HfkbnNGsQ9 pic.twitter.com/zungTxDecp

— Troubled Minds (@TroubledMindsR) January 25, 2024

Откритията, публикувани в Science Bulletin1, потвърждават, че такива високоенергийни източници съществуват в нашата галактика. "Търсихме такива неща от години", казва съавторът на изследването Чжен Цао, астрофизик от Института по физика на високите енергии към Китайската академия на науките в Пекин.

Космическите лъчи са субатомни частици, често протони или атомни ядра, които преминават през пространството със скорост, близка до тази на светлината. Известно е, че тези в Млечния път достигат енергии от поне няколко PeV, но откриването на източниците на космически лъчи с много висока енергия е пословично трудно. Това се дължи на факта, че космическите лъчи се отразяват от магнитните полета, докато прелитат през пространството, което означава, че траекториите им на прелитане са толкова сложни, че е трудно да се определи мястото на техния произход. За да заобиколят този проблем, изследователите измерват гама-фотоните - частици, получени при взаимодействието на космическите лъчи с междузвезден газ. Гама лъчите носят 10 % от енергията на космическите лъчи и се движат по права линия, което улеснява определянето на потенциалните източници на космически лъчи.

Цао и колегите му използват Голямата височинна въздушна обсерватория (LHAASO) в Даоченг, Китай, за да измерят гама лъчите, идващи от Cygnus OB2, масивен регион на звездообразуване в съзвездието Cygnus.

Екипът на LHAASO откри огромна структура, излъчваща гама-лъчи, известна като мехур, която излъчваше фотони с енергии, по-високи от 1 PeV, като една от тях беше с мощност 2,5 PeV. Това предполага, че районът може да генерира космически лъчи, които достигат енергии поне някъде между 10 и 25 PeV, казва Цао.

Горещите, краткотрайни звезди в Cygnus OB2 произвеждат звездни ветрове, които достигат скорости от хиляди километри в секунда, казва Цао. Когато тези пориви се сблъскат с газ и други материали, които се намират между звездите, те създават идеални условия за ускоряване на космическите лъчи до високи енергийни нива.

Наблюденията показват, че космическите лъчи, произхождащи от Млечния път, могат да достигнат много по-високи енергии, отколкото се смяташе досега, казва Гавин Роуел, физик на астрочастиците в Университета в Аделаида, Австралия. "Резултатът със сигурност е много вълнуващ", допълва той.