10.07.2014 | Наука

Физики нашли на небе источник высокоэнергетических лучей

На протяжении десятилетий астрофизики пытались разгадать загадку высокоэнергетических космических лучей, которые с ускорением входят в атмосферу Земли.

Это потоки частиц с определённой энергией, превышающей 57 эксаэлектронвольт (ЭэВ). Наконец, команде физиков из университета Юты, удалось определить потенциальный источник этих лучей.

Они работали с массивом телескопов Telescope Array, состоящим из 507 детекторов частиц, охватывающих 700 квадратных километров пустыни в штате Юта. Так учёные определили "горячую точку" вблизи нашей Галактики, которая, вероятно, излучает высокоэнергетические лучи. Несмотря на то, что результаты не признаны окончательно подтверждёнными, учёные уже думают над тем, как получилось, что источник частиц всего один.

Подобные попытки по поиску странного космического излучателя предпринимались и ранее, когда в 2007 году исследователи из обсерватории Пьера Оже использовали ещё больший массив детекторов в Аргентине. Тогда результаты наблюдений показали, что космические лучи сверхвысокой энергии исходят из сердцевин некоторых галактик. С другими данными эта информация не согласуется, что ещё больше затрудняет поиск.

Команда из университета Юты взглянула на проблему шире и решила сначала узнать, действительно ли космические лучи прибывают из разных концов Вселенной в неравномерных количествах.

До сих пор неизвестно, как космические лучи, состоящие преимущественно из протонов и тяжёлых атомных ядер, обрели энергию, в миллионы раз превышающую ту, которой когда-либо достигали частицы в рукотворных ускорителях. Лучи с более низкой энергией, считается, возникают из сохраняющихся остатков звёздных взрывов — сверхновых. Но такие облака слишком малы, чтобы произвести самые высокоэнергетические космические лучи, которые учёные когда-либо наблюдали.

Исследователи полагают, что такие лучи могли возникнуть в результате того, что частицы разгоняются в неких природных ускорителях на протяжении миллиардов лет, после чего покидают его пределы и случайно попадают на Землю. Когда космический массив высоких энергий поражает атмосферу планеты, она прорывается под лавиной частиц с более низкой энергией. Детекторы реагируют, вследствие чего учёные получают возможность установить уровень энергии и даже направление движения частиц.

С 2008 по 2013 год физики зарегистрировали 72 космических луча с энергией выше 57 эксаэлектронвольт. Отметим, что такая энергия в 15 миллионов раз превышает максимальный уровень, достижимый при помощи ускорителей, построенных человеком.

Как показали расчёты, 19 из зарегистрированных лучей происходят из некого участка на звёздном небе с радиусом в 20°. Об этом физики отчитались в статье, доступной на сайте препринтов arXiv.org.

"Этого сигнала недостаточно для того, чтобы мы могли заявить об открытии. Но мы увидели рост статистического уровня, что уже нас удивило", — говорит соавтор исследования Пьер Сокольский (Pierre Sokolsky) из университета Юты.

Получив данные, физики провели миллионы сеансов компьютерного моделирования, в ходе которых они установили 72 точки, расположенные в произвольном порядке на звёздном небе. Затем они оценили шансы, при которых каждая из этих точек могла быть источником высокоэнергетических лучей. Как выяснилось, средняя вероятность каждой точки равнялась одному к 2700.

Даже если все расчёты оказались верны, и источником лучей действительно является область вблизи Млечного Пути радиусом в 20°, что именно это за источник по-прежнему непонятно. Физики считают, что самые высокоэнергетические космические лучи не могут прийти из области, расположенной дальше, чем в 500 миллионов световых лет от Земли, поскольку взаимодействие с остаточным радиоактивным излучением от Большого взрыва должны были бы погасить потоки частиц от более дальних источников.

"Никакого очевидного кандидата в источники излучения мы пока назвать не можем. Ничто в указанной области не подходит на роль естественного ускорителя частиц. Однако в этой области есть область с несколькими галактиками, которые могли бы своими магнитными полями несколько увеличить скорость потока частиц", — говорит Сокольский.

Тем временем, учёным ещё предстоит доказать, что источник излучения — реальный космический объект. В будущем Сокольский и его коллеги планируют увеличить число детекторов в массиве вдвое и в четыре раза расширить площадь обсерватории. Модернизация позволит им собрать в пять раз больше данных в течение нескольких лет и найти больше ответов на поставленные вопросы.

По публикациям UkrNet