Астрофізикам вдалося пояснити загадкове поведінку космічних променів - naked science

Однією з головних проблем теорії походження космічних променів (високоенергетичних протонів і атомних ядер) є механізм їх прискорення. Це питання було вирішене Віталієм Гінзбургом і Сергієм Сироватський, які в 60-х роках минулого століття припустили, що космічні промені генеруються вибухами наднових зірок в галактиці. Конкретний механізм прискорення заряджених частинок на ударних хвилях наднових був запропонований Гермогеном Кримським і колегами в 1977 році. Однак в силу обмеженого часу життя цих ударних хвиль оцінюється максимальна енергія прискорених часток не могла перевищувати величини порядку 10 14 - 10 15 еВ (електронвольт).

Ілюстрація бульбашок рентгенівського / гамма-випромінювання галактики Чумацький Шлях / NASA

Природа бульбашок Фермі поки ще залишається не цілком ясною, проте просторове положення виявлених структур однозначно вказує на їх відношення до активності центру нашої Галактики, де, як передбачається, розташована центральна чорна діра з масою 10 6 сонячних. Сучасні моделі пов'язують існування бульбашок Фермі з процесами зореутворення, а також з виділенням гігантської енергії в центрі Галактики в результаті приливної руйнування зірок при акреції на центральну чорну діру. Подібні структури не можуть бути властиві тільки Чумацькому Шляху і спостерігаються в інших галактичних системах з активними ядрами.

Аналіз процесів додаткового прискорення космічних променів показав, що бульбашки Фермі можуть відповідати за формування спектра космічних променів вище рівня «коліна» цього спектру, тобто при енергіях, великих 3 × 10 15 еВ (діапазон енергій «B» на малюнку 2). Для порівняння, енергія прискорених протонів у Великому адронному колайдері також становить

Спектральна діаграма космічних променів, детектіруемих на Землі (по горизонтальній осі відкладена енергія в еВ, по вертикальній - енергетична яскравість в еВ × м -2 × с -1 × ср -1). Точками представлені дані спостережень, суцільною чорною лінією - спектр, отриманий в рамках представленої моделі.

«Запропонована нами модель дозволяє пояснити спектральний розподіл спостережуваного потоку космічних променів. Можна сказати, що описані нами процеси здатні додатково прискорити галактичні космічні промені, народжені при вибухах наднових. Оскільки, на відміну від електронів, протони мають істотно більший час життя, протони, прискорені в міхурах Фермі, здатні заповнити весь обсяг Галактики і, відповідно, можуть спостерігатися у Землі. У нашій моделі ми припускаємо, що космічні промені, що складаються з високоенергетичних протонів і ядер, з енергією, меншою 10 15 еВ (нижче по енергії рівня "коліна" спостережуваного спектру), народжені під час вибухів наднових, які перебувають в диску Галактики. Ці космічні промені доускоряются в міхурах Фермі до енергій, великих 10 15 еВ (вище "коліна"). Підсумковий розподіл космічних променів представлено на спектральної діаграмі ». - каже Сміла Догель.