Дістаньте монету з кишені й підкиньте її. Вона має енергію в 1 пета-електрон-вольт (ПЕВ).
А тепер уявіть собі частинку в мільйон мільярдів разів меншу за вашу монету, яка перебуває далеко за межами діапазону навіть найпотужнішого мікроскопа, і вона пролітає повз неї з такою самою кількістю енергії. Така частинка в тисячу разів перевершує енергію, яку генерують найпотужніші прискорювачі частинок.
У Всесвіті не бракує таких надзвичайно енергійних частинок. Вони постійно "засвічуються" в атмосфері Землі. Але хоча астрономи давно знають про їхнє існування, вчені все ще не розуміють, як вони з'являються.
Де і як прискорюються частинки?
Проблема в тому, що практично всі частинки заряджені, чи то протони, чи то електрони. Як такі, вони піддаються маніпуляціям магнітних полів, їхні траєкторії згинаються то в один, то в інший бік, коли вони пролітають повз ті чи інші об'єкти. Простежити шлях однієї частинки до її джерела - фантастично неможливо.
Але процеси, в результаті яких утворюються енергійні частинки, також призводять до утворення гамма-променів. А гамма-промені, будучи беззарядними потоками фотонів, не так вже й легко збиваються зі свого шляху, зокрема й вихровим магнітним полем галактики. Таким чином, фотони можна розглядати свого роду посланцями, які повідомляють астрономам, де і як прискорюються частинки.
Останніми роками було введено в дію два об'єкти, що дають вченим доступ до найвисокоенергетичніших гамма-променів: Велика високогірна повітряна обсерваторія (LHAASO) в Тибеті та Високогірна водна черенковська обсерваторія (HAWC) в Мексиці. Їхні дані дали змогу визначити близько десятка можливих прискорювачів космічних частинок, відомих як певатрони.
Головні кандидати в певатрони
Одним із кандидатів у певатрони є туманність Вугор, розташована на відстані 11 400 світлових років у сузір'ї Скутум. У цій туманності хмара заряджених частинок оточує пульсар, що летить крізь простір, і випромінювання якого сприймають земні прилади.
Використовуючи спостереження не тільки гамма-променів, а й рентгенівські промені, а також радіохвилі для опису хмари частинок, Деніел Берджесс (Колумбійська астрофізична лабораторія) і його команда створили комп'ютерну модель, що описує поточний стан пульсара, плазми навколо нього та їхню еволюцію з плином часу.
У дослідженні, яке буде опубліковано в Astrophysical Journal, вони показують, що шуканий Певатрон прискорює електрони до енергії 1 ПеВ.
"Це один із перших однозначно ідентифікованих кандидатів у певатрони", - каже Хенріке Флейшхак (Католицький університет Америки).
"Подальші спостереження і детальне моделювання, представлені тут... ... можуть послужити зразком для вивчення та ідентифікації інших кандидатів у певатрони".
Кайя Морі з Колумбійської астрофізичної лабораторії підтверджує, що команда працює над застосуванням тієї самої методики до кількох інших пульсарних хмар, включно з двома туманностями, що дістали красномовні назви "Бабка" і "Бумеранг".
Решта команд досліджують альтернативні певатрони, зокрема, бульбашки плазми, що викидаються вибухами наднових.
Хоча туманність Вугор є явним кандидатом на джерело ПеВ-електронів, Флейшхак зазначає, що енергійні частинки, спостережувані на Землі, складаються не тільки з електронів, а й із протонів. Досі було встановлено, що більшість інших кандидатів у Певатрони прискорюють тільки електрони.
"Питання залишається відкритим", - каже Флейшхак. - Де знаходяться [Певатрони, що прискорюють протони] Певатрони, які, як ми знаємо, повинні бути там?".
