Виждане отвътре на космически суперускорител – небе и телескоп


Художествена илюстрация на пулсар Геминга
Представянето на този художник показва мъглявина на вятъра пулсар около друг пулсар, наречен Geminga. Мъглявините на пулсарния вятър може да са космическите места на ускорителите на частици.
Nahks TrEhnl

Извадете монета от джоба си и я хвърлете. Това хвърляне на монета носи пета-електрон-волт (PeV) енергия. Сега си представете частица, милион милиарди пъти по-малка от вашата монета, далеч отвъд обхвата дори на най-мощния микроскоп — и тя прелита със същото количество енергия. Тази една частица надминава хилядократно енергията, която могат да генерират най-сложните ускорители на частици на човечеството.

И все пак във Вселената няма недостиг на такива изключително енергични частици. Те се блъскат в земната атмосфера през цялото време. Но докато астрономите отдавна знаят, че тези мощни частици съществуват, те се борят да разберат как са се появили. Едва наскоро данните започнаха да хвърлят светлина върху това явление.

Изкривен път

Проблемът е, че PeV частиците обикновено са заредени, независимо дали са протони или електрони. Като такива, те са податливи на манипулациите на магнитните полета, като пътищата им се огъват насам-натам, докато преминават през галактиката. Проследяването на една частица обратно до нейния източник е почти невъзможно.

Но процесите, които произвеждат енергийни частици, създават и гама лъчи. А гама лъчите, тъй като са фотони без заряд, не се отклоняват толкова лесно от въртящото се магнитно поле на галактиката. По този начин тези фотони са пратениците, които могат да кажат на астрономите къде се ускоряват частиците – и как.

Две съоръжения се появиха онлайн през последните години, за да дадат на астрономите достъп до най-високоенергийните гама лъчи: Голямата обсерватория за въздушен душ на голяма височина (LHAASO) в Тибет и обсерваторията за вода Черенков на голяма височина (HAWC) в Мексико. Техните данни позволиха на астрономите да идентифицират приблизително дузина възможни ускорители на космически частиципознат като Певатрон.

Тибетска обсерватория за частици
LHAASO, обсерваторията за космически лъчи в Янгбаджинг, Югозападен китайски Тибетски автономен регион.
Институт по физика на високите енергии на Китайската академия на науките

Мъглявината Змиорка

Един от тези кандидати за Певатрон е мъглявината Змиорка, на 11 400 светлинни години от нас в съзвездието Скутум. В тази мъглявина облак от заредени частици заобикаля пулсар, докато се движи през пространството, което води до неговата отчетлива змийска форма.

Използвайки наблюдения не само на гама лъчи, но и на рентгенови лъчи и радиовълни, за да опишат облака от частици, Даниел Бърджис (Колумбийска астрофизична лаборатория) и екип съставят компютърен модел, който описва текущото състояние на пулсара, плазмата около него и тяхната еволюция във времето. В проучване, в което се появява Астрофизичен вестник (предпечат е достъпен тук), те показват, че този конкретен Pevatron ускорява електроните до PeV енергии.

Мъглявина змиорка при рентгенови и гама лъчи
Тази анимация показва първо рентгеновите фотони, открити от мъглявината Змиорка, след това излъчването на гама-лъчи. Гама лъчите имат по-висока енергия и по-ниска разделителна способност от рентгеновите лъчи, така че изображението изглежда много по-мътно при гама лъчи.
DanielBurgess et al.

„Това е едно от първите недвусмислено идентифицирани [electron-accelerating] Кандидати за PeVatron“, казва Хенрике Флайшхак (Католическия университет на Америка). „Последващите наблюдения и подробното моделиране, представени тук. . . може да послужи като план за изследване и идентифициране на други кандидати за PeVatron.

Действително, членът на екипа Кая Мори (също в Колумбийската астрофизична лаборатория) потвърждава, че екипът работи върху прилагането на същата техника към множество други пулсарни облаци, включително две мъглявини, предизвикано наречени Dragonfly и Boomerang. Други екипи разследват алтернативни певатрони, като шокираните плазмени мехурчета, изхвърлени от експлозии на свръхнова.

Докато мъглявината Змиорка е ясен кандидат източник на PeV електрони, Fleischhack посочва, че енергийните частици, наблюдавани на Земята, се състоят не само от електрони, но и от протони. И досега е установено, че повечето от другите кандидат-певатрони само ускоряват електроните.

„Въпросът остава“, казва Флайшхак: „Къде са [proton-accelerating] PeVatrons, за които знаем, че трябва да са там?


Реклама