В течение прошлого века физики ломали голову над космическими лучами, частицы (главным образом протоны), которые мчатся через пространство на высокой скорости и, кажется, прибывают из всех направлений одинаково. Каков источник этих галактических снарядов?
И как они становятся путешествием настолько быстро? Сегодня, международная бригада объявила о существенном шаге к ответу на те вопросы: неопровержимое доказательство, что, по крайней мере, некоторые космические лучи прибывают из остатков сверхновой звезды — расширяющихся раковин вопроса от взорванных звезд — которые действуют как естественные ускорители частиц.Космические лучи доказали устойчивую тайну, потому что их взаимодействия затеняют их происхождение. Будучи заряженными частицами, они «чувствуют» толчок и напряжение магнитных полей в космосе.
В результате они путешествуют через галактику в длинном, пути перекручивания, лишающие возможности датчики на Земле прослеживать, куда они произошли из.Скорость, на которой путешествие частиц предлагает, чтобы они произошли из некоторого сильного, богатого энергией источника. Исследователи долго подозревали остатки сверхновой звезды, но не имели никакого способа доказать его. «Нам был нужен нейтральный посыльный для наблюдения, где они произошли из», говорит Стефан Фанк из Стэнфордского университета в Пало-Альто, Калифорния, представителе 170 сильных команд. Гамма-лучи — богатые энергией фотоны, произведенные как побочный продукт ускоряющихся протонов — могут исполнять роль нейтральных посыльных, потому что они не имеют никакого электрического заряда и таким образом путешествуют через пространство в прямых линиях.
Но быстродействующие электроны также производят гамма-лучи, и до сих пор физики не были в состоянии сказать, прибывают ли гамма-лучи, которые они обнаруживают от остатков сверхновой звезды, из электронов или протонов. «Распутывание этих двух было очень трудным», говорит Люк Дрери из Дублинского Института Специальных исследований.Итало-американский физик Энрико Ферми в 1949 сначала предложил способ, которым остатки сверхновой звезды могли ускорить протоны.
Механизм проходит примерно так: остаток сверхновой звезды является расширяющейся сферической раковиной вопроса, продвигающегося за пределы в разбросанный газ между звездами — межзвездная среда. Это производит ударную волну впереди раковины, и этот фронт удара несет вдоль сложных магнитных полей, и впереди и позади. Заряженная частица, такая как протон в затронутом газе может быть выброшена назад и вперед между этими двумя областями, неоднократно проходя через фронт удара и получив пинок новой энергии на каждом проходе.
В конечном счете это получит достаточно энергии избежать магнитных полей и охоты прочь в космос как космический луч.Когда быстродействующий протон сталкивается с одним из его медленных кузенов в межзвездной среде, их взаимодействие часто порождает элементарную частицу, названную нейтральным пионом. Пион распадается почти немедленно в два гамма-лучей — нейтральные посыльные, показывающие, что богатые энергией протоны присутствуют.
Электроны, ускоренные остатком сверхновой звезды также, производят гамма-лучи, но различным механизмом, оставляющим тонкое различие в энергетических спектрах двух наборов гамма-лучей. Поскольку гаммы протона фактически прибывают из пионов, каждый гамма-луч должен иметь, по крайней мере, половину энергии пиона. Более низкие энергетические гамма-лучи не появляются в своем энергетическом спектре.
Гамма-лучи от электронов, в отличие от этого, не показывают что низкоэнергетический предел.Гамма-лучи от глубокого космоса трудно обнаружить, потому что атмосфера Земли останавливает их, прежде чем они достигнут поверхности. И до недавнего времени, орбитальные датчики не были достаточно точны для обнаружения энергетического сокращения.
Но Космический телескоп Гамма-луча Ферми НАСА может сделать это, и бригада фанка начала использовать его вскоре после того, как это было начато в 2008. В течение следующих 4 лет они изучили два близлежащих остатка сверхновой звезды. «Инструмент не совершенен, но мы могли ясно видеть сокращение в правильной энергии», говорит фанк. «Мы однозначно показали, что остатки сверхновой звезды могут ускорить космические лучи». «Это – вполне важный и долгожданный результат», говорит Вернер Хофман из Макс. Планка Института Ядерной Физики в Гейдельберге, Германия.
Это «решает дело, по крайней мере, для этого специального класса остатков сверхновой звезды».Бригада показала, что остатки сверхновой звезды являются источником космических лучей.
Но действительно ли они – главный источник? Обнаружение потребует накопления большего количества данных и исследования большего количества объектов, фанк говорит, но по крайней мере у исследователей теперь есть инструменты, в которых они нуждаются: «Результат хорош в том смысле, что теоретическое понимание было сделано давным-давно.
Только теперь сделайте у нас есть технология для подтверждения этих идей».