Астрономи розкрили 100-річну таємницю астрофізики

Астрономам вперше вдалося кількісно визначити протонні й електронні компоненти космічних променів в залишку наднової.

Згідно з новим аналізом зображень радіо, рентгенівського і гамма-випромінювання, принаймні 70% гамма-променів дуже високих енергій, що випускаються космічними променями, викликані релятивістськими протонами.

Нове дослідження було опубліковано в Astrophysical Journal.

Місце прискорення протонів, основних компонентів космічних променів, було 100-річною загадкою в сучасній астрофізиці, це перший раз, коли кількісно показано кількість космічних променів, що утворюються в залишку наднової, і це відкриття дозволить зробити крок вперед в з’ясуванні походження космічних променів.

Походження космічних променів, частинок з найвищою енергією у Всесвіті, було великою загадкою з моменту їх відкриття в 1912 році. Оскільки космічні промені сприяють хімічної еволюції міжзоряної матерії, розуміння їх походження має вирішальне значення для розуміння еволюції нашої Галактики. Вважається, що космічні промені прискорюються залишками наднових (наслідки вибухів наднових) в нашій Галактиці й досягли Землі майже зі швидкістю світла.

Недавній прогрес в спостереженнях за гамма-променями показав, що багато залишки наднових випромінюють гамма-промені з енергіями тераелектронвольт (ТеВ). Якщо гамма-промені виробляються протонами, які є основним компонентом космічних променів, то можна перевірити походження космічних променів із залишків наднової. Однак гамма-промені також виробляються електронами, необхідно визначити, чи є походження протона або електрона домінантним, і виміряти співвідношення цих двох вкладів.

Результати цього дослідження надають переконливі докази того, що гамма-промені походять від протонного компонента, який є основним компонентом космічних променів, і прояснюють, що галактичні космічні промені виробляються залишками наднової.

Оригінальність даного дослідження полягає в тому, що гамма-випромінювання являє собою лінійну комбінацію протонної й електронної складових. Астрономи знали, що інтенсивність гамма-випромінювання протонів пропорційна щільності міжзоряного газу, отриманого за допомогою спостережень радіолінії. З іншого боку, очікується, що гамма-випромінювання від електронів буде пропорційно інтенсивності рентгенівського випромінювання від електронів. Таким чином, вони висловили загальну інтенсивність гамма-випромінювання як суму двох гамма-складових, одна з яких походить від протонів, а інша від електронів. Це призвело до єдиного розуміння трьох незалежних спостережувань.

Цей метод був вперше запропонований в даному дослідженні. В результаті було показано, що гамма-промені від протонів і електронів складають 70% і 30% від загальної кількості гамма-променів відповідно. Це перша кількісна оцінка двох джерел походження. Результати також показують, що гамма-промені від протонів переважають в міжзоряних областях, багатих газом, тоді як гамма-промені від електронів посилюються в бідних газом областях. Це підтверджує, що два механізми працюють разом і підтверджують прогнози попередніх теоретичних досліджень.

«Цей новий метод був би неможливий без міжнародного співробітництва», – каже заслужений професор Ясуо Фукуї з Університету Нагоя. Він керував цим проєктом і з 2003 року точно визначив розподіл щільності міжзоряного газу за допомогою радіотелескопу NANTEN і Australia Telescope Compact Array.

«Цей новий метод буде застосований до більшої кількості залишків наднових з використанням гамма-телескопа наступного покоління CTA (Cherenkov Telescope Array) на додаток до чинних обсерваторій, що значно просуне вивчення походження космічних променів», – додав він.

Джерело