Під час хвилі медіа-релізів останні дослідження, проведені космічним телескопом Фермі-гамма-променевим телескопом НАСА, висвітлюють світ астрофізики частинок новиною про те, як супернові можуть бути родоначальником космічних променів. Решта - це електрони та атомні ядра. Коли вони зустрічаються з магнітним полем, їхні шляхи змінюються, як бампер автомобіля в парку розваг, але нічого не цікавого в тому, щоб не знати їхнього походження. Тепер, чотири роки наполегливої роботи, проведеної вченими Інституту астрофізики та космології частинок Кавлі при Національній лабораторії прискорень SLAC Міністерства енергетики, окупилися. Є дані про те, як народжуються космічні промені.
"Енергії цих протонів набагато вищі за те, що можуть створити найпотужніші зіткнення частинок на Землі", - сказав Стефан Функ, астрофізик з Інституту Кавлі та Стенфордського університету, який керував аналізом. «Минулого століття ми багато чого дізналися про космічні промені, коли вони приїжджали сюди. У нас навіть були сильні підозри щодо джерела їх прискорення, але до останнього часу ми не мали однозначних доказів, щоб їх підтвердити ».
Досі вчені не були зрозумілі в деяких деталях - наприклад, які атомні частинки можуть бути відповідальними за викиди з міжзоряного газу. Щоб допомогти їм у дослідженні, вони дуже уважно подивилися на пару гамма-променів, що випромінюють залишки наднових - відомі як IC 443 та W44. Чому невідповідність? У цьому випадку гамма-промені поділяють подібну енергію з протонами та електронами космічних променів. Щоб виділити їх, дослідники виявили нейтральний піон, добуток протонів космічних променів, що впливають на нормальні протони. Коли це відбувається, піон швидко розпадається на набір гамма-променів, залишаючи спад сигнатури - той, що забезпечує доказ у вигляді протонів. Створений в процесі, відомому як прискорення Фермі, протони залишаються в полоні у швидко рухається ударному фронті наднової і на них не впливають магнітні поля. Завдяки цій властивості астрономи змогли простежити їх безпосередньо до їх джерела.
"Відкриття - це курильне пістолет, що ці дві залишки наднової продукують прискорені протони", - сказав провідний дослідник Стефан Функ, астрофізик з Інституту астрофізики та космології частинок Кавлі в університеті Стенфорда в Каліфорнії. "Тепер ми можемо працювати над тим, щоб краще зрозуміти, як вони управляють цим подвигом, і визначити, чи є процес спільним для всіх залишків, де ми бачимо випромінювання гамма-променів".
Вони маленькі скоромовки? Ти бетча. Щоразу, коли частинка проходить через ударний фронт, вона набирає приблизно на 1% більше швидкості - зрештою, достатньо, щоб вирватися як космічний промінь. "Астронавти підтвердили, що вони насправді бачать спалахи світла, пов'язані з космічними променями", - зазначив Функ. "Це одна з причин, що я захоплююся їхньою хоробрістю - навколишнє середовище там справді досить жорстке". Наступним кроком у цьому дослідженні, додав Функ, є розуміння точних деталей механізму прискорення, а також максимальних енергій, до яких залишки наднової здатні прискорювати протони.
Однак дослідження не закінчуються. Під час ретельного спостережного аналізу сербський астроном Сладжана Ніколич (Інститут астрономії Макса Планка) з'явився ще нових свідчень того, що залишки наднових діють як прискорювачі частинок. Вони поглянули на склад світла. Ніколіч пояснює: «Це перший раз, коли ми змогли детально ознайомитися з мікрофізикою в районі шоку та навколо нього. Ми знайшли докази для області-попередника безпосередньо перед шоком, який, як вважають, є необхідною умовою виробництва космічних променів. Крім того, область попередника нагрівається так, як можна було б очікувати, якби протони, що забирають енергію з регіону, безпосередньо за шоком ».
Ніколіч та її колеги застосували спектрограф VIMOS на дуже великому телескопі Європейської Південної Обсерваторії в Чилі для спостереження та документування короткого перерізу ударного фронту наднової SN 1006. Ця нова методика відома як інтегральна польова спектроскопія - перший процес що дозволяє астрономам ретельно вивчити склад світла із залишку наднової. Кевін Хенг з Бернського університету, один із керівників докторських робіт Ніколіча, каже: "Ми особливо пишаємось тим, що нам вдалося використати інтегральну польову спектроскопію досить неортодоксально, оскільки її зазвичай використовують для дослідження галактики високого червоного зміщення. Тим самим ми досягли рівня точності, що значно перевищує всі попередні дослідження ».
Це дійсно інтригуючий час, щоб уважно ознайомитись із залишками наднових - особливо стосовно космічних променів. Як пояснює Ніколіч: "Це був пілотний проект. Викиди, які ми спостерігали із залишку наднової, є дуже-дуже слабкими порівняно зі звичайними цільовими об'єктами для цього типу інструменту. Тепер, коли ми знаємо, що можливо, дуже цікаво думати про подальші проекти ». Гленн ван де Вен з Інституту астрономії Макса Планка, інший співнаглядач Ніколіча та експерт інтегральної польової спектроскопії, додає: «Цей такий новий підхід спостереження міг би стати ключем до вирішення загадки про те, як виробляються космічні промені в залишки наднової речовини ».
Директор Інституту Кавлі Роджер Бландфорд, який брав участь в аналізі Фермі, сказав: "Цілком очевидно, що така чітка демонстрація, що демонструє залишки наднової води, прискорює космічні промені, коли ми відзначали 100-ту річницю їх відкриття. Це доводить додому те, як швидко просуваються наші можливості для відкриття ».
Оригінальні джерела історії та додаткове читання: Новий підхід у полюванні на космічні прискорювачі частинок, НАСА Фермі доводить, що залишки наднової води створюють космічні промені і доказ: Космічні промені походять від вибухаючих зірок.
