Космический аппарат Ферми
Fermi LAT pinpoints cosmic rays to a superbubble
Огромный пузырь генерирует космические лучи
Огромный Пузырь горячего, разреженного газа был выявлен как источник космических лучей - таинственные частицы, которые обстреливают Землю непрерывно. Наблюдение за так называемым Огромным Пузырем, размером более 100 световых лет в поперечнике, было проведено с помощью спутника Ферми (НАСА), который регистрировал гамма-лучи. Собранные данные проливают свет на происхождение космических лучей в области образования массивных звезд.
Космические лучи
- это очень энергичные протоны, ядра и электроны, которые прилетают на Землю из космоса. С тех пор как они были обнаружены в 1912 году австрийским физиком Виктором Гессом (Victor Hess), ученые спорят, откуда они берутся и как они ускоряются. Двигаясь со скоростями близкими к скорости света, они могут иметь энергии на много порядков выше, чем могут быть достигнуты в самых мощных ускорителях на Земле.
Многие ученые полагают, что космические лучи с энергией вплоть до 10
15
эВ, ускоряются ударными волнами, когда сверхновая (взрыв массивной звезды) выбрасывает вещество в космос на очень высоких скоростях. Анализ данных с космического аппарата
Advanced Composition Explorer
(НАСА, 2003 год) дает косвенные свидетельства того, что, по крайней мере некоторые космические лучи, ускоряются в областях формирования массивных звезд, где находится около 80% остатков сверхновых. Спутник измерил относительное изобилие различных изотопов в образцах космических лучей, достигающих Земли, и найдено, что в то время как четыре пятых этого материала напоминает то, что находится в нашей собственной Солнечной системе, примерно пятая соответствует материалу, который выбрасывается тяжелыми звездами.
Более прямая поддержка
Последние исследования обеспечивают более прямую поддержку этой гипотезы. Международная команда астрофизиков проанализировала гамма-данные, записанные с помощью
Телескопа Большой Площади
на борту
спутника Ферми
, и нашли протяженный источник гамма-лучей, излучающий из области созвездия Лебедя. Гамма-излучение распределено вдоль линии, размером около 160 световых лет, между двумя кластерами массивных звезд, один из которых содержит более 500 массивных звезд и другой около 75.
Массивные звезды формируются внутри плотных облаков газа и, когда они растут, они выбрасывают вещество в виде звездного ветра, а так же когда они взрываются как сверхновые. Давление этих выбросов толкает газ от звезды, создавая полости или пузыри, окружающие их. Эти пузыри растут, пока они не сливаются с пузырями соседних звезд, производя таким образом огромные пузыри.
Исследователи с Ферми полагают, что гамма-лучи, которые они наблюдали, являются результатом космических лучей произведенных внутри огромного пузыря, которые затем взаимодействуют с газом и светом, содержащихся в пузыре. Астрофизики используют такие гамма-лучи, чтобы наблюдать за поведением космических лучей, потому что, в отличие от космических лучей, гамма-лучи не отклоняются в магнитных полях, которые пронизывают пространство, и, следовательно, их происхождение легче определить.
Идея, что спутник Ферми видит космические лучи, произведенные внутри огромного пузыря в Лебеде, дополнительно поддерживается относительно большим количеством обнаруженных фотонов высокой энергии. Это «жесткое» гамма-излучение позволяет предположить, что космические лучи были ускорены рядом с тем местом, где производят гамма-лучи, то есть внутри огромного пузыря. Гамма-излучение, возникающее под действием космических лучей в окрестности Земли, напротив, имеет «мягкий» спектр, поскольку космические лучи ушли далеко от их источников и утратили энергию.
Первое «твердое доказательство»
«Это первый раз, когда мы имеем твердое доказательство того, что источники космических лучей находятся внутри областей формирования массивных звезд», говорит член группы Луиджи Тибальдо (Luigi Tibaldo) из Университета Падуи в Италии. «Это важный шаг вперед в стремлении понять тайну космических лучей».
Следующим шагом будет работа по выяснению причин ускорения. Как объясняет Луиджи Тибальдо, виновником могут быть изолированные ударные волны, образовавшиеся от остатка одной сверхновой или же коллективные действия многих различных ударных волн. Для того, чтобы пролить свет на этот вопрос потребуются наблюдения огромного пузыря в Лебеде с более высоким разрешением, а также более изысканные модели ускорения огромного пузыря и больше данных от других областей формирования массивных звезд, как внутри, так и за пределами нашей галактики, говорит Луиджи Тибальдо.
Луиджи Тибальдо указывает на то, однако, что такие ускорения огромных пузырей не могли бы решить тайну космических лучей в одиночку. Это потому, что ударные волны произведенные остатками сверхновых или кластерами массивных звезд не обеспечивают достаточного удара для ускорения космических лучей самых высоких энергий, при которых они были обнаружены - 10
20
эВ и более.
Алан Уотсон (Alan Watson) из
Университета Лидса
, который не является членом команды Ферми, считает, что последние результаты являются «важным открытием» в физике космических лучей, потому что, по его словам, «ясно, что исследователи установили только, что есть ускоренные частицы в районе огромного пузыря», но утверждает, что «остаются вопросы». Например, являются ли ускоряемыми частицами протоны или электроны. «К сожалению, сомнительно, что проблема происхождения космических лучей будет полностью решена за один век - к августу 2012 года», добавляет он.