Вместо того, чтобы вкладывать деньги в ускорители частиц здесь, на Земле, физики могут подумать о том, чтобы просто взорвать несколько звезд. Когда частицы движутся вокруг остатка, они ускоряются огромными магнитными полями, в конечном итоге приближаясь к скорости света. Изображения из Чандры показывают, что частицы ускоряются до максимальной скорости, предсказанной теориями.
Новые подсказки о происхождении космических лучей, таинственных частиц высокой энергии, которые бомбардируют Землю, были обнаружены с помощью рентгеновской обсерватории Чандра НАСА. Чрезвычайно детализированное изображение останков взорвавшейся звезды дает важнейшее представление о генерации космических лучей.
Впервые астрономы наметили скорость ускорения электронов космических лучей в остатке сверхновой. Новая карта показывает, что электроны ускоряются с теоретически максимальной скоростью. Это открытие предоставляет убедительные доказательства того, что остатки сверхновых являются ключевыми местами для возбуждения заряженных частиц.
Карта была создана из изображения Кассиопеи А, 325-летнего остатка, произведенного взрывной смертью массивной звезды. Синие тонкие дуги на изображении отслеживают расширяющуюся внешнюю ударную волну, где происходит ускорение. Другие цвета на изображении показывают обломки от взрыва, нагретого до миллионов градусов.
«Ученые с 1960-х годов теоретизировали, что космические лучи должны создаваться в клубке магнитных полей при ударе, но здесь мы можем видеть, что это происходит непосредственно», - сказал Майкл Стейдж из Массачусетского университета, Амхерст. «Объяснение того, откуда приходят космические лучи, помогает нам понять другие загадочные явления во вселенной высоких энергий».
Примерами являются ускорение заряженных частиц до высоких энергий в самых разных объектах - от ударов в магнитосфере вокруг Земли до удивительных внегалактических струй, которые создаются сверхмассивными черными дырами и имеют длину в тысячи световых лет.
Ученые ранее разработали теорию, объясняющую, как заряженные частицы могут быть ускорены до чрезвычайно высоких энергий - путешествуя почти со скоростью света - путем многократного отскока назад и вперед через ударную волну.
«Электроны набирают скорость каждый раз, когда они прыгают через фронт удара, как будто они находятся в релятивистской машине для пинбола», - сказал член команды Гленн Аллен из Массачусетского технологического института (MIT), Кембридж. «Магнитные поля подобны бамперам, а удар - как плавнику».
При анализе огромного набора данных команда смогла отделить рентгеновские лучи, исходящие от ускоряющих электронов, от лучей, излучаемых нагретым звездным мусором. Данные предполагают, что некоторые из этих электронов ускоряются со скоростью, близкой к максимальной, предсказанной теорией. Космические лучи состоят из электронов, протонов и ионов, из которых в рентгеновских лучах обнаруживается только свечение от электронов. Ожидается, что протоны и ионы, составляющие основную массу космических лучей, будут вести себя подобно электронам.
«Захватывающе видеть регионы, где свечение, создаваемое космическими лучами, фактически затмевает газ на 10 миллионов градусов, нагретый ударными волнами сверхновой», - сказал Джон Хоук, также из MIT. «Это помогает нам понять не только, как ускоряются космические лучи, но также и как развиваются остатки сверхновых».
По мере того как полная энергия космических лучей за ударной волной увеличивается, магнитное поле за ударом изменяется, наряду с характером самой ударной волны. Исследование условий в потрясениях помогает астрономам отслеживать изменения остатка сверхновой во времени и в конечном итоге лучше понять первоначальный взрыв сверхновой.
Центр космических полетов им. Маршалла при НАСА, Хантсвилл, штат Алабама, управляет программой "Чандра" для управления научной миссии агентства. Смитсоновская астрофизическая обсерватория контролирует научные и летные операции из рентгеновского центра Чандра, Кембридж, штат Массачусетс.
Первоисточник: Пресс-релиз Чандры
