Величезний комплекс телескопів у Тибеті здобув перші свідчення наявності гамма-променів надвисокої енергії, які поширюються по Молочному Шляху. Отримані дані є доказом того, що досі невиявлені міжзоряні прискорювачі викидають космічні промені, які рухаються в межах нашої галактики протягом мільйонів років. Результати дослідження оприлюднить журнал Physical Review Letters у понеділок, 5 квітня.
«Ми зареєстрували 23 космічні гамма-промені надвисокої енергії вздовж Молочного Шляху», — сказав Казумаса Кавата (Kazumasa Kawata), співавтор дослідження з Токійського університету. «Найвища енергія, яку вони мають, становить світовий рекорд: майже один петаелектронвольт». Це на три порядки більше, ніж будь-який відомий гамма-промінь, спричинений космічними променями, чи будь-яка частинка, яку людина прискорювала в найсучасніших лабораторіях на Землі.
Дифузні гамма-промені надвисокої енергії (жовті точки) розподіляються вздовж галактики Молочний Шлях. Кольоровим контуром показано розподіл атомарного водню в галактичній системі координат. Сіра затінена зона — це те, що лежить поза полем зору телескопів. Фото з сайту https://phys.org.
З 1990 року десятки дослідників з Китаю та Японії полювали на невловимі космічні гамма-промені високої енергії. Колаборація «Тибет Asγ»(Tibet ASγ Collaboration) зробила відкриття, використовуючи майже 70 000 квадратних метрів наземних антен та підземних мюонних детекторів на Тибетському плато, що лежить на висоті 4,3 км над рівнем моря.
«Науковці вважають, що гамма-промені високої енергії можуть виникати внаслідок ядерної взаємодії космічних променів високої енергії, що виходять з найпотужніших галактичних джерел, і міжзоряного газу в галактиці Молочний Шлях», — сказав Гуанґ Цзин (Huang Jing), співавтор дослідження з Інституту фізики високих енергій Китайської академії наук.
Чен Дін (Chen Ding) з Національної астрономічної обсерваторії Китайської академії наук, інший співавтор дослідження, додав: «Виявлення дифузних гамма-променів з енергією понад 100 тераелектронвольт є ключем до розуміння походження космічних променів дуже високих енергій, що є загадкою з часу їх відкриття в 1912 році».
Космічні промені науковці вперше виявили в експериментах за допомогою повітряних куль і з’ясували, що вони є основним джерелом опромінювання Землі. Космічні промені — це високоенергетичні частинки, переважно протони, які рухаються в космічному просторі. Щодня через тіло людини проходять мільйони цих частинок. (Їх вважають нешкідливими.)
Але звідки беруться космічні промені?
«Ми живемо разом з мюонами космічних променів, хоча зазвичай ми не чутливі до них», — сказав Кавата. «Хіба це не фантастично думати про те, де і як ці космічні промені виникають і прискорюються, рухаючись аж до Землі?»
Поширена теорія стверджує, що прискорювачі, відомі як «PeVatrons» (від англ. Peta [quadrillion] of eV Synchrotron — Ред.), викидають космічні промені при енергії до одного петаелектронвольт (PeV). До ймовірних PeVatrons науковці відносять вибухи наднових, ділянки зореутворення та надмасивну чорну діру в центрі нашої галактики.
Досі ніхто не виявив таких прискорювачів. Якщо існують PeVatrons, то спричинені ними космічні промені мають залишати сліди у вигляді гамма-променів, розкиданих по галактиці. Нове дослідження знайшло перші докази такого високоенергетичного серпанку.
«Ці гамма-промені не вказують на найпотужніші відомі джерела гамма-випромінювання з високою енергією, а поширюються вздовж Молочного Шляху», — сказав Масато Такіта (Masato Takita), співавтор дослідження і колега Кавати. «Наше відкриття підтверджує докази існування PeVatrons».
Тепер дослідники хочуть визначити, чи є певні прискорювачі активними або ж не активними («мертвими»). «Від мертвих ПіВатронів, що зникли, як динозаври, ми можемо побачити лише слід — космічні промені, які вони виробляли протягом декількох мільйонів років, і які поширюються по галактичному диску», — сказав Такіта.
«Але якщо ми зможемо знайти активні PeVatrons, ми отримаємо можливість вивчити багато питань», — сказав він. «Який тип зір випромінює наші гамма-промені рівня PeV та пов’язані з ними космічні промені? Як зоря може прискорити космічні промені до енергій PeV? Як промені поширюються всередині диска нашої галактики?»
Інші майбутні напрями досліджень включають пошук слідів PeVatrons у південній півкулі неба та підтвердження результатів гамма-випромінювання за допомогою детекторів нейтрино в Антарктиді та за її межами.
Дослідження також може допомогти у пошуках темної матерії. Підземні детектори дали змогу дослідникам подавити фоновий шум космічних променів, виявляючи чисті, дифузні гамма-промені, джерелом яких, згідно з нинішніми передбаченнями, є темна матерія. «Ми можемо зменшити фон космічних променів в один мільйон разів. Тоді ми бачимо небо в чистих гамма-променях», — сказав Такіта. Експериментальні досягнення наближають фізиків ближче до відкриття місць появи космічних променів.
«Ця новаторська робота відкриває нове вікно для дослідження надактивного Всесвіту», — сказав Гуанґ Цзин. «Спостережні докази знаменують важливу віху на шляху до розкриття таємниці походження космічних променів, що бентежить людство понад століття».
За інф. з сайту https://phys.org
