Космические лучи — это частицы высокой энергии, разогнанные до экстремальных скоростей, приближающихся к скорости света. Требуется чрезвычайно мощное событие, чтобы эти кусочки материи пронеслись по Вселенной. Астрономы предполагают, что космические лучи испускаются в результате взрывов сверхновых, которые отмечают смерть звезд-сверхгигантов. Но недавние данные, собранные космическим гамма-телескопом Ферми, ставят под сомнение этот метод образования космических лучей и заставляют астрономов искать объяснение.
Нелегко определить, откуда берутся космические лучи. Большинство космических лучей представляют собой ядра водорода, другие — протоны или свободно летящие электроны. Это заряженные частицы, а это означает, что каждый раз, когда они сталкиваются с другой материей во Вселенной с магнитным полем, они меняют курс, заставляя их двигаться зигзагом в пространстве.
Таким образом, направление, откуда исходит космический луч, когда он достигает Земли, вряд ли является тем направлением, в котором он стартовал.
Но есть способы косвенно отследить их происхождение. Одним из наиболее многообещающих методов является наблюдение гамма-лучей (которые, к счастью, движутся по прямым линиям).
Когда космические лучи сталкиваются с другими частицами материи, они производят гамма-лучи. Поэтому, когда сверхновая взрывается и посылает космические лучи во Вселенную, она также должна посылать сигнал гамма-излучения, сообщающий нам, что это происходит.
Во всяком случае, это теория.
Но доказательства не оправдали ожиданий. Исследования старых, далеких сверхновых показывают, что происходит некоторое производство гамма-излучения, но не в таком объеме, как прогнозировалось. Астрономы объяснили отсутствие излучения возрастом сверхновых и расстоянием до них. Но в 2023 году телескоп Ферми заснял новую яркую сверхновую, возникшую неподалеку. Сверхновая, получившая название SN 2023ixf, взорвалась всего в 22 миллионах световых лет от нас в галактике Мессье 101 (более известной как «Галактика Вертушка»). И снова гамма-лучи явно отсутствовали.
«Ранее астрофизики подсчитали, что сверхновые преобразуют около 10% своей общей энергии в ускорение космических лучей», — сказал Гильем Марти-Девеса из Университета Триеста. «Но мы никогда не наблюдали этот процесс напрямую. Согласно новым наблюдениям SN 2023ixf, наши расчеты приводят к преобразованию энергии всего в 1% в течение нескольких дней после взрыва. Это не исключает того, что сверхновые являются фабриками космических лучей, но это означает, что нам нужно больше узнать об их производстве».
Так где же все недостающее гамма-излучение?
Вполне возможно, что межзвездный материал вокруг взорвавшейся звезды мог заблокировать попадание гамма-лучей в телескоп Ферми. Но это также может означать, что астрономам придется искать альтернативные объяснения образования космических лучей.
Никто не любит тайны больше, чем астрономы, и раскопки пропавшего гамма-излучения могут в конечном итоге рассказать нам гораздо больше о космических лучах и о том, откуда они берутся.
Астрономы планируют изучить SN 2023ixf на других длинах волн, чтобы улучшить свои модели этого события, и, конечно же, будут следить за следующей большой сверхновой, чтобы понять, что происходит.
Самые последние данные гамма-излучения от SN 2023ixf будут опубликованы в журнале Астрономия и астрофизика в статье под руководством Марти-Девесы.
