Астрономы, возможно, узнали источник космических лучей Млечного Пути

Примерно столетие назад ученые начали понимать, что часть излучения, которое мы обнаруживаем в атмосфере Земли, не имеет местного происхождения. Это в конечном итоге привело к открытию космических лучей, протонов высокой энергии и атомных ядер, лишенных электронов и ускоренных до релятивистских скоростей (близких к скорости света).

Однако есть еще несколько загадок, связанных с этим странным и потенциально смертельным явлением. Сюда входят вопросы об их происхождении и о том, как главный компонент космических лучей (протоны) ускоряется до такой высокой скорости.

Благодаря новому исследованию, проведенному Университетом Нагои, ученые впервые количественно определили количество космических лучей, образующихся в остатке сверхновой.

Работа ученых была опубликована в The Astrophysical Journal.

Хотя ученые предполагают, что космические лучи происходят из многих источников - нашего Солнца, сверхновых звезд, гамма-всплесков (GRB) и активных галактических ядер (также известных как квазары) - их точное происхождение оставалось загадкой с тех пор, как они были впервые обнаружены в 1912 году. Точно так же астрономы предположили, что остатки сверхновых (последствия взрывов сверхновых) ответственны за их ускорение почти до скорости света.

Путешествуя по нашей галактике, космические лучи играют роль в химической эволюции межзвездной среды (ISM). Таким образом, понимание их происхождения имеет решающее значение для понимания того, как эволюционируют галактики.

В последние годы улучшенные наблюдения заставили некоторых ученых предположить, что остатки сверхновых вызывают космические лучи, потому что протоны, которые они ускоряют, взаимодействуют с протонами в ISM, создавая гамма-лучи очень высокой энергии (VHE).

Однако гамма-лучи также производятся электронами, которые взаимодействуют с фотонами в ISM, которые могут быть в форме инфракрасных фотонов или излучения космического микроволнового фона (CMB). Следовательно, определение того, какой источник больше, имеет первостепенное значение для определения происхождения космических лучей.

В надежде пролить свет на это исследовательская группа, в которую вошли члены Университета Нагоя, Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ) и Университета Аделаиды, Австралия, наблюдала остаток сверхновой RX J1713.7? 3946 (RX J1713).

Ключом к их исследованиям стал новый подход, который они разработали для количественной оценки источника гамма-лучей в межзвездном пространстве. Предыдущие наблюдения показали, что интенсивность гамма-лучей VHE, вызванных столкновениями протонов с другими протонами в ISM, пропорциональна плотности межзвездного газа, которую можно различить с помощью радиолинейных изображений.

С другой стороны, ожидается, что гамма-излучение, вызванное взаимодействием электронов с фотонами в ISM, будет пропорционально интенсивности нетеплового рентгеновского излучения электронов.

Для своего исследования команда полагалась на данные, полученные с помощью стереоскопической системы высоких энергий (HESS), гамма-обсерватории VHE, расположенной в Намибии (и управляемой Институтом ядерной физики Макса Планка).

Затем они объединили это с рентгеновскими данными, полученными обсерваторией XMM-Newton (XMM-Newton), и данными о распределении газа в межзвездной среде. Также они объединили все три набора данных и определили, что на протоны приходится 67 ± 8% космических лучей, а на электроны космических лучей приходится 33 ± 8% - примерно 70/30.

Эти открытия являются новаторскими, поскольку они впервые количественно оценили возможное происхождение космических лучей. Они также представляют собой наиболее убедительное на сегодняшний день доказательство того, что остатки сверхновой являются источником космических лучей.

Эти результаты также демонстрируют, что гамма-излучение протонов более распространено в богатых газом межзвездных областях, тогда как излучение, вызванное электронами, усиливается в бедных газом областях. Это подтверждает то, что предсказывали многие исследователи, а именно, что два механизма работают вместе, чтобы влиять на эволюцию ISM.

Саид почетный профессор Ясуо Фукуи, который был ведущим автор исследования: « Этот новый метод будет применяться к большему количеству остатков сверхновых с использованием гамма-излучения нового поколения телескопа СТА в дополнение к существующим обсерваториям, что значительно продвинет вперед изучение происхождения космических лучей».

Ранее Курсор писал, что найдены невиданные ранее радиоволны, исходящие от ближайших звезд и далеких галактик. Ученые измерили тысячи ближайших звезд и далеких галактик, которые никогда не были идентифицированы ранее, в радиоволнах, изучая галактическое тело, которое соседствует с Млечным Путем — Большое Магелланово Облако.

Курсор сообщал о том, что ученые нашли способ разгадать самую противоречивую загадку Вселенной.

Напомним, что ученые подсчитали количество существующих параллельных Вселенных.