Във вълна от медийни съобщения, най-новите проучвания, извършени от космическия телескоп Ферми Гама-лъч, осветяват света на астрофизиката на частиците с новината за това как свръхновите могат да бъдат прародител на космическите лъчи. Останалите са електрони и атомни ядра. Когато се срещнат с магнитно поле, пътеките им се променят като бронирана кола в увеселителен парк, но няма нищо забавно в това да не знаят произхода си. Сега, четири години упорита работа, извършена от учени от Института за астрофизика и космология на частиците в Кавли към Националната лаборатория за ускорители на SLAC на Министерството на енергетиката, се изплати. Има доказателства как се раждат космическите лъчи.
„Енергиите на тези протони са далеч отвъд това, което могат да произведат най-мощните сблъсъци на частици на Земята“, казва Стефан Функ, астрофизик от Института Кавли и университета в Станфорд, който ръководи анализа. „През миналия век научихме много за космическите лъчи, когато пристигат тук. Дори имахме силни подозрения за източника на ускорението им, но доскоро нямахме недвусмислени доказателства, за да ги подкрепим. "
Досега учените не бяха разяснени по някои подробности - например какви атомни частици могат да са отговорни за емисиите от междузвезден газ. За да подпомогнат своите изследвания, те разгледаха много внимателно двойка гама лъчи, излъчващи остатъци от свръхнови - известни като IC 443 и W44. Защо несъответствието? В този случай гама лъчите споделят сходна енергия с космическите лъчи на протони и електрони. За да ги разделят, изследователите са разкрили неутралния пион, продукт на протоните от космически лъчи, въздействащи върху нормалните протони. Когато това се случи, пионът бързо се разпада в набор от гама лъчи, оставяйки спад на подписа - такъв, който предоставя доказателство под формата на протони. Създаден в процес, известен като Fermi Acceleration, протоните остават в плен в бързо движещия се фронт на свръхновата и не са засегнати от магнитни полета. Благодарение на това свойство астрономите успяха да ги проследят обратно до източника им.
„Откритието е пушенето за пушене, че тези две остатъци от свръхнови произвеждат ускорени протони“, казва водещият изследовател Стефан Фънк, астрофизик от Кавлийския институт за астрофизика и космология на частиците в университета в Станфорд в Калифорния. „Сега можем да работим, за да разберем по-добре как управляват този подвиг и да определим дали процесът е общ за всички останки, където виждаме излъчване на гама-лъчи.“
Малки ли са скоростите? Вие залагате. Всеки път, когато частицата премине през ударния фронт, тя набира около 1% по-голяма скорост - в крайна сметка достатъчно, за да се освободи като космически лъч. „Астронавтите са документирали, че всъщност виждат светкавици, свързани с космически лъчи“, отбелязва Фънк. „Това е една от причините да се възхищавам на тяхната храброст - средата там наистина е доста трудна.“ Следващата стъпка в това изследване, добави Функ, е да разберем точните подробности за механизма на ускорение, а също и максималните енергии, до които остатъците от свръхнови могат да ускорят протоните.
Проучванията обаче не свършват дотук. Още нови доказателства за остатъците от свръхнови, действащи като ускорители на частици, се появиха по време на внимателен наблюдателен анализ от сръбския астроном Сладжана Николич (Институт за астрономия Макс Планк). Те разгледаха състава на светлината. Николич обяснява: „За първи път успяхме да разгледаме подробно микрофизиката в и около шоковия регион. Открихме доказателства за предшественик в района непосредствено пред шока, който се смята за предпоставка за производството на космически лъчи. Също така, предшественият участък се нагрява точно по начина, по който бихте могли да очаквате, ако протоните пренасят енергия от региона непосредствено зад шока. "
Николич и нейните колеги използваха спектрографа VIMOS в много големия телескоп на Чили в Южната обсерватория в Чили, за да наблюдават и документират кратък участък от ударния фронт на свръхновата SN 1006. Тази нова техника е известна като интегрална полева спектроскопия - първи процес което позволява на астрономите да проучат подробно състава на светлината от остатъка от свръхнова. Кевин Хен от университета в Берн, един от ръководителите на докторската работа на Николич, казва: „Особено се гордеем с факта, че успяхме да използваме интегрална полева спектроскопия по доста неортодоксален начин, тъй като обикновено се използва за изследване на високочервени галактики. По този начин постигнахме ниво на точност, което далеч надхвърля всички предишни изследвания. "
Наистина е интригуващо време да разгледаме по-отблизо остатъците от свръхнови, особено по отношение на космическите лъчи. Както Николич обяснява: „Това беше пилотен проект. Емисиите, които наблюдавахме от остатъка от свръхнова са много, много слаби в сравнение с обичайните целеви обекти за този тип инструменти. Сега, когато знаем какво е възможно, е наистина вълнуващо да мислим за последващи проекти. " Глен ван дьо Вен от Института за астрономия „Макс Планк“, другият съ-надзор на Николич и експерт по интегрална полева спектроскопия, добавя: „Този вид нов подход за наблюдение може да бъде ключът към решаването на пъзела за това как се произвеждат космическите лъчи в остатъци от свръхнови. “
Директорът на института Kavli Роджър Бландфорд, който участва в анализа на Ферми, казва: „Подходящо е, че такава ясна демонстрация, показваща останки от свръхнови, ускорява космическите лъчи, когато отбелязахме 100-годишнината от откриването им. Той носи вкъщи колко бързо се развиват нашите възможности за откриване. "
Оригинални източници на история и по-нататъшно четене: Новият подход в лова на космически ускорители на частици, Ферми на НАСА доказва, че остатъците от Супернова произвеждат космически лъчи и доказателство: Космическите лъчи идват от експлодиращи звезди.
