Гамма-всплески (GRB) — одно из самых мощных явлений во Вселенной, которое астрономы яростно изучают, чтобы узнать больше об их происхождении. В последние годы астрономы установили новые рекорды самого мощного из когда-либо наблюдавшихся GRB, включая GRB 190114C, наблюдаемый телескопом GRB. Космический телескоп Хаббл в 2019 году и GRB 221009A, обнаруженный телескопом Gemini South в 2022 году. То же самое верно и для высокоэнергетических космических лучей, исходящих из Млечного Пути, происхождение которых до сих пор до конца не изучено.
В недавнем исследовании члены китайской коллаборации Большой высотной обсерватории воздушных потоков (LHAASO) обнаружили массивный гамма-всплеск (обозначенный GRB 221009A) в области звездообразования Лебедя, мощность которого превышала 10 петаэлектронвольт (ПэВ, 1 ПэВ). =1015эВ), более чем в десять раз превышающее среднее значение. Помимо того, что это самый яркий гамма-всплеск, изученный на сегодняшний день, команде удалось точно измерить энергетический спектр вспышки, благодаря чему астрономы впервые проследили космические лучи с этим энергетическим уровнем до их источника.
Группу возглавлял профессор Цао Чжэнь, профессор Института физики высоких энергий Китайской академии наук (CAS-IHEP), в нее входили члены CAS доктор Гао Чуандун, доктор Ли Конг, профессор Лю Жоюй, и профессор Ян Жуйчжи. Их результаты были описаны в статье под названием «Пузырь гамма-излучения сверхвысокой энергии, питаемый супер-Певатроном», которая появилась 15 ноября в Science Bulletin. В состав коллаборации LHAASO входят более 280 членов, представляющих 32 исследовательских астрофизических института по всему миру.
Большая высотная обсерватория воздушного дождя (LHAASO) представляет собой составную группу, состоящую из 5216 детекторов электромагнитных частиц, 1188 детекторов мюонов, черенковской детекторной решетки воды площадью 78 000 квадратных метров и 18 широкоугольных черенковских телескопов. Обсерватория расположена на высоте 4410 метров (14468,5 футов) на горе Хайцзы в провинции Сычуань, Китай, и занимается изучением космических лучей. Когда космические лучи достигают атмосферы Земли, они создают «ливни» вторичных частиц, часть из которых достигает поверхности.
Происхождение космических лучей — один из важнейших вопросов современной астрофизики. За последние несколько десятилетий астрономы обнаружили в их энергетическом спектре три высокоэнергетических гамма-всплеска с пиком около одного петаэлектронвольта (ПэВ) – одного квадриллиона электронвольт (1015 эВ). Ученые полагают, что космические лучи с энергией ниже этого уровня исходят из астрофизических источников внутри Млечного Пути (например, сверхновых). Эта пиковая энергия представляет собой предел для космических лучей, которые обычно принимают форму протонов, ускоренных до скорости, близкой к световой.
Однако происхождение космических лучей в области нескольких петаэлектронвольт остается одной из наиболее интригующих загадок современной астрофизики. На основе данных, полученных LHAASO, команда Collaboration обнаружила гигантский пузырь гамма-излучения сверхвысокой энергии в скоплении Лебедя X (крупнейшая область звездообразования в окрестностях Солнца), расположенном примерно в 2,4 миллиарда световых лет от Земли. Фотоны, обнаруженные внутри структуры, показали максимальную энергию 2,5 ПэВ, а выброшенные — до 20 ПэВ — самый высокий из когда-либо зарегистрированных.
На основании этого команда сделала вывод о наличии массивного ускорителя космических лучей вблизи центра пузыря, который, по их мнению, представляет собой массивное звездное скопление Лебедь OB2 внутри Лебедя X. Это скопление состоит из множества молодых массивных звезд, в том числе сине-белых. Гиганты О-типа и голубые гиганты B-типа с температурой поверхности более 35 000 и 15 000 ° C (63 000 и 27 000 ° F) соответственно. Эти звезды генерируют радиационное давление, в сотни или миллионы раз превышающее давление Солнца, которое сдувает материал с поверхности звезды, создавая солнечные ветры, движущиеся со скоростью до тысяч километров в секунду.
Столкновения этого ветра с МЗС создают высокоэнергетические гамма-лучи и идеальную среду для эффективного ускорения частиц. Эти результаты представляют собой космические лучи самой высокой энергии, обнаруженные на сегодняшний день, и первый когда-либо наблюдавшийся ускоритель космических лучей. Наблюдения команды также показали, что ускоритель значительно увеличивает плотность космических лучей в окружающей МЗС, значительно превышая средний уровень космических лучей в Млечном Пути. Наконец, измеренная интенсивность фонового света в инфракрасном диапазоне оказалась намного ниже ожидаемой, примерно 40% от того, что предполагают космологические модели.
Эти наблюдения бросают вызов стандартной модели послесвечения гамма-всплесков и могут побудить астрономов переосмыслить текущие модели формирования и эволюции галактик. Точно так же это могло бы предоставить важную информацию для проверки Специальной теории относительности (СТО) и возможности того, что темная материя состоит из аксионов. Профессор Елена Амато, астрофизик из Итальянского национального института астрофизики (INAF), отметила, что эти результаты «не только влияют на наше понимание диффузного излучения, но также имеют очень важные последствия для нашего описания переноса космических лучей (КЛ) в Галактике. ».
Дополнительная литература: Китайская академия наук
