Астрономы думают, что наконец узнали источник космических лучей Млечного Пути

Почти столетие назад ученые начали понимать, что часть излучения, которое мы обнаруживаем в атмосфере Земли, имеет не местное происхождение.

В конечном итоге это привело к открытию космических лучей, протонов высокой энергии и атомных ядер, лишенных своих электронов и ускоренных до релятивистских скоростей (близких к скорости света).

Тем не менее, это странное (и смертоносное) явление до сих пор хранит множество загадок.

Сюда входят вопросы о их происхождение И как основная составляющая космических лучей (протоны) ускоряется с такой большой скоростью.

Благодаря новому исследованию Университета Нагои ученые впервые определили количество космических лучей, производимых в остатке сверхновой.

Это исследование помогло разгадать загадку столетней давности и стало важным шагом на пути к точному определению источника космических лучей.

Хотя ученые считают, что космические лучи происходят из нескольких источников — нашего Солнца, сверхновых звезд, гамма-всплесков (GRB) и Активные ядра галактик (также известные как квазары) — их точное происхождение оставалось загадкой с тех пор, как они были впервые обнаружены в 1912 году.

Точно так же астрономы выдвинули гипотезу, что остатки сверхновой (последствия взрыва сверхновой) ответственны за их ускорение почти до скорости света.

Путешествуя по нашей галактике, космические лучи играют роль в химической эволюции межзвездной среды (ISM). Таким образом, понимание их происхождения имеет решающее значение для понимания того, как развивались галактики.

В последние годы улучшенные наблюдения заставили некоторых ученых предположить, что остатки сверхновых вызывают космические лучи, потому что протоны, которые они ускоряют, взаимодействуют с протонами в ISM, образуя гамма-лучи высокой энергии (VHE).

Однако гамма-лучи также производятся электронами, взаимодействующими с фотонами в ISM, которые могут быть в форме инфракрасных фотонов или излучения от космический микроволновый фон (CMB). Следовательно, определение самого крупного источника имеет решающее значение для определения происхождения космических лучей.

В надежде пролить свет на это, исследовательская группа, в которую входили представители Нагойского университета, Национальная астрономическая обсерватория Японии (NAOJ), Университет Аделаиды, Австралия — Обратите внимание на остаток сверхновой RX J1713.7? 3946 (RX J1713).

Ключом к их исследованиям стал новый подход, который они разработали для определения источника гамма-лучей в межзвездном пространстве.

Предыдущие наблюдения показали, что интенсивность гамма-лучей VHE от протонов, сталкивающихся с другими протонами в ISM, пропорциональна плотности межзвездного газа, которую можно различить с помощью радиолинии.

С другой стороны, ожидается, что гамма-лучи, генерируемые взаимодействием электронов с фотонами в ISM, будут пропорциональны нетепловой интенсивности рентгеновского излучения электронов.

Для своего исследования команда опиралась на данные, полученные с помощью стереоскопической системы высоких энергий (HESS), гамма-обсерватории VHE, расположенной в Намибии (и управляемой Институтом ядерной физики Макса Планка).

Затем они объединили это с рентгеновскими данными, полученными обсерваторией XMM-Newton (XMM-Newton) Европейского космического агентства, и данными о распределении газа в межзвездной среде.

Затем они объединили все три набора данных и определили, что на протоны приходилось 67 ± 8 процентов космических лучей, а на электроны космических лучей приходилось 33 ± 8 процентов — примерно 70/30.

Эти результаты являются новаторскими, поскольку они впервые определяют потенциальное происхождение космических лучей. Они также представляют собой наиболее убедительное на сегодняшний день доказательство того, что остатки сверхновой являются источником космических лучей.

Эти результаты также демонстрируют, что гамма-лучи, испускаемые протонами, более распространены в богатых газом межзвездных областях, в то время как излучение электронов усиливается в бедных газом регионах.

Это подтверждает то, что предсказывали многие исследователи, а именно, что два механизма работают вместе, чтобы влиять на развитие ISM.

Она сказала Почетный профессор Ясуо Фукуи, ведущий автор исследования: «Этот новый метод был бы невозможен без международного сотрудничества. [It] Он будет применен к большему количеству остатков сверхновых с помощью гамма-телескопа следующего поколения (CTA) (Cherenkov Telescope Array) в дополнение к существующим обсерваториям, что послужит крупным шагом вперед в изучении происхождения космических лучей ».

Помимо руководства этим проектом, Фукуи с 2003 года работал над определением распределения межзвездного газа, используя Нантан радиотелескоп в Обсерватория Лас Кампанас в Чили и австралийский компактный телескоп.

Благодаря профессору Гэвину Роулу и доктору Сабрине Энеке из Университета Аделаиды (соавторы исследования) и команде HESS пространственное разрешение и чувствительность гамма-обсерваторий наконец достигли точки, когда можно проводить сравнения между ними.

Между тем, соавтор доктор Хидетоши Сано из NAOJ провел анализ наборов архивных данных из обсерватории XMM-Newton. В этом отношении данное исследование также показывает, как международное сотрудничество и обмен данными позволяют проводить самые современные исследования.

В сочетании с улучшенными инструментами, улучшенными методами и большими возможностями для сотрудничества наступает эпоха, когда астрологические открытия становятся нормой!

Эта статья была первоначально опубликована Вселенная сегодня. Прочтите оригинальная статья.