Что ускоряет космические лучи почти до скорости света? Астроном размышлял над этим вопросом в течение почти 100 лет, и теперь новые доказательства подтверждают теорию, которая держалась в течение двух десятилетий, что космические лучи, вероятно, приводятся в действие взрывающимися звездами и звездными ветрами. «Это открытие было предсказано в течение почти 20 лет, но до сих пор ни один инструмент не был достаточно чувствительным, чтобы его увидеть», - сказал Уистан Бенбоу, астрофизик из Смитсоновской астрофизической обсерватории, который координировал этот проект для системы телескопов с очень высокой энергией радиационной визуализации (VERITAS). ) сотрудничество.
Почти 100 лет назад ученые обнаружили первые признаки космических лучей, которые на самом деле являются не лучами или лучами, а субатомными частицами (в основном протонами), которые пронизывают пространство почти со скоростью света. Самые энергичные космические лучи попадают с ударом со скоростью 98 миль в час, даже если они меньше атома. Астрономы подвергли сомнению, что естественная сила могла разогнать частицы до такой скорости.
Самые редкие космические лучи несут в 100 миллиардов раз больше энергии, чем любой ускоритель частиц на Земле. Астрономы разработали оригинальные методы обнаружения космических лучей, которые попадают в атмосферу Земли. Однако обнаружение космических лучей на расстоянии требует гораздо больших усилий.
VERITAS обнаружил новые доказательства наличия космических лучей в «Сигарной галактике», также известной как Мессье 82 (M82), которая расположена на расстоянии 12 миллионов световых лет от Земли в направлении созвездия Большой Медведицы, которое решительно поддерживает давние Теория о том, что сверхновые и звездные ветра от массивных звезд являются доминирующими ускорителями частиц космических лучей.
Галактики с высоким уровнем звездообразования, такие как M82, также известные как галактики «звездообразования», имеют большое количество сверхновых и массивных звезд. Если теория верна, то галактики звездообразования должны содержать больше космических лучей, чем нормальных галактик. Открытие VERITAS подтверждает это ожидание, указывая на то, что плотность космических лучей в М82 примерно в 500 раз превышает среднюю плотность в нашей Галактике, Млечном Пути.
«Это открытие дает фундаментальное представление о происхождении космических лучей», - сказал Рене Онг, профессор физики в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и представитель сотрудничества VERITAS.
Использование гамма-лучей для вывода космических лучей
VERITAS не смог обнаружить космические лучи M82 напрямую, потому что они попали в Сигарную галактику. Вместо этого VERITAS искал ключи к присутствию космических лучей: гамма-лучи. Гамма-лучи являются самой энергичной формой света, гораздо более мощной, чем ультрафиолетовый свет или даже рентгеновские лучи. Когда космические лучи взаимодействуют с межзвездным газом и излучением внутри М82, они производят гамма-лучи, которые затем могут покинуть свою родную галактику и достичь земных детекторов.
Потребовалось два года специального сбора данных, чтобы выявить слабый сигнал, исходящий от M82.
«Мы знали, что обнаружение M82 будет иметь важные научные последствия. В результате мы запланировали исключительно длительное воздействие сразу после того, как эксперимент стал полностью работоспособным », - сказал Бенбоу. «Необходимо тщательно проанализировать данные, чтобы извлечь сигнал гамма-излучения, который в миллион раз меньше фонового шума. Хотя сигнал является лишь малой частью данных, мы сделали много проверок на возможное смещение, и мы уверены, что сигнал является подлинным ».
«Обнаружение M82 указывает на то, что Вселенная полна естественных ускорителей частиц, и поскольку наземные обсерватории гамма-излучения продолжают совершенствоваться, дальнейшие открытия неизбежны». сказал Мартин Пол, профессор физики в Университете штата Айова, который помог провести исследование. Усовершенствованная гамма-обсерватория следующего поколения VHE, усовершенствованная система получения гамма-лучей (AGIS), уже находится в стадии разработки.
VERITAS управляется более чем 100 учеными из 22 различных учреждений США, Ирландии, Англии и Канады. Нажмите здесь для получения дополнительной информации о VERITAS.
Заголовок ведущего изображения: Композиция многоволновых изображений активной галактики M82 от Хаббла, Чандры и Спитцера. Предоставлено: NASA, ESA, CXC и JPL-Caltech.
Источник: Гарвард Смитсоновский Центр Астрофизики
