Концепция этого художника показывает все небо в гамма-лучах с пурпурными кругами, иллюстрирующими неопределенность в направлении, откуда, по-видимому, прибывает больше гамма-лучей высокой энергии, чем в среднем. На этом виде плоскость нашей галактики проходит через середину карты. Кружками обозначены области с вероятностью 68% (внутренняя) и 95%, в которых содержится источник этих гамма-лучей. Фото: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА.
Астрономы, анализирующие 13-летние данные космического гамма-телескопа Ферми НАСА, обнаружили неожиданную и пока необъяснимую особенность за пределами нашей галактики.
«Это совершенно случайное открытие», — сказал Александр Кашлинский, космолог из Университета Мэриленда и Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, который представил исследование на 243-м заседании Американского астрономического общества в Новом Орлеане. «Мы обнаружили гораздо более сильный сигнал и в другой части неба, чем тот, который мы искали».
Интересно, что сигнал гамма-излучения обнаружен в том же направлении и с почти такой же величиной, что и еще одна необъяснимая особенность, создаваемая некоторыми из самых энергичных космических частиц, когда-либо обнаруженных.
Статья с описанием результатов опубликована в The Astrophysical Journal Letters.
Команда искала особенность гамма-излучения, связанную с CMB (космическим микроволновым фоном), старейшим светом во Вселенной. Ученые говорят, что реликтовое излучение возникло, когда горячая расширяющаяся Вселенная достаточно остыла, чтобы сформировать первые атомы, и это событие привело к выбросу вспышки света, которая впервые смогла проникнуть в космос. Растянутый в результате последующего расширения космоса за последние 13 миллиардов лет, этот свет был впервые обнаружен в виде слабых микроволн по всему небу в 1965 году.
В 1970-х годах астрономы поняли, что реликтовое излучение имеет так называемую дипольную структуру, которая позже была измерена с высокой точностью миссией НАСА COBE (Cosmic Background Explorer). Реликтовое излучение примерно на 0,12% горячее, с большим количеством микроволн, чем в среднем, в направлении созвездия Льва и на столько же холоднее, с меньшим количеством микроволн, чем в среднем, в противоположном направлении.
Чтобы изучить крошечные изменения температуры внутри реликтового излучения, этот сигнал необходимо удалить. Астрономы обычно считают эту картину результатом движения нашей Солнечной системы относительно реликтового излучения со скоростью около 230 миль (370 километров) в секунду.
Это движение приведет к возникновению дипольного сигнала в свете, исходящем от любого астрофизического источника, но пока что реликтовое излучение является единственным, которое было точно измерено. Ища закономерность в других формах света, астрономы могли бы подтвердить или оспорить идею о том, что диполь полностью обусловлен движением нашей солнечной системы.
«Такое измерение важно, потому что разногласия с размером и направлением диполя реликтового излучения могут дать нам представление о физических процессах, происходящих в очень ранней Вселенной, возможно, в те времена, когда ее возраст составлял менее триллионной доли секунды», – сказал соавтор Фернандо Атрио-Барандела, профессор теоретической физики Университета Саламанки в Испании.
Команда пришла к выводу, что, объединив многолетние данные с LAT (телескопа большой площади) Ферми, который сканирует все небо много раз в день, можно обнаружить соответствующую картину дипольного излучения в гамма-лучах. Благодаря эффектам относительности диполь гамма-излучения должен быть усилен в пять раз по сравнению с обнаруженными в настоящее время реликтовыми лучами.
Ученые объединили 13-летние наблюдения Fermi LAT за гамма-лучами с энергией выше 3 миллиардов электрон-вольт (ГэВ); для сравнения, видимый свет имеет энергию примерно от 2 до 3 электронвольт. Они удалили все разрешенные и идентифицированные источники и удалили центральную плоскость нашей галактики Млечный Путь, чтобы проанализировать внегалактический фон гамма-излучения.
«Мы нашли диполь гамма-излучения, но его пик расположен на южном небе, вдали от реликтового излучения, а его величина в 10 раз превышает ту, которую мы ожидаем от нашего движения», — сказал соавтор Крис Шрейдер, астрофизик. в Католическом университете Америки в Вашингтоне и Годдарде. «Хотя это не то, что мы искали, мы подозреваем, что это может быть связано с аналогичной особенностью, обнаруженной для космических лучей самой высокой энергии».
Космические лучи — это ускоренные заряженные частицы, в основном протоны и атомные ядра. Самые редкие и энергичные частицы, называемые UHECR (космические лучи сверхвысокой энергии), несут в миллиард раз больше энергии, чем гамма-лучи с энергией 3 ГэВ, и их происхождение остается одной из величайших загадок астрофизики.
И гамма-лучи, и диполи космических лучей имеют поразительно схожие величины: примерно на 7% больше гамма-лучей или частиц, чем в среднем, приходящих с одного направления, и, соответственно, меньшее количество прибывает с противоположного направления. Фото: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА.
С 2017 года обсерватория Пьера Оже в Аргентине сообщила о наличии диполя в направлении прибытия UHECR. Будучи электрически заряженными, космические лучи отклоняются магнитным полем галактики на разную величину в зависимости от их энергии, но пик диполя UHECR приходится на место на небе, подобное тому, что команда Кашлинского обнаруживает в гамма-лучах. И оба имеют поразительно схожие величины — примерно на 7% больше гамма-лучей или частиц, чем в среднем, приходящих с одного направления, и, соответственно, меньшие количества, приходящие с противоположного направления.
Ученые полагают, что эти два явления, вероятно, связаны между собой: пока еще неопознанные источники производят как гамма-лучи, так и частицы сверхвысоких энергий. Чтобы решить эту космическую загадку, астрономы должны либо найти эти загадочные источники, либо предложить альтернативные объяснения обеих особенностей.
Информация от: Центром космических полетов имени Годдарда НАСА.
