Впервые определен источник фотонов с энергией выше 100 тераэлектронвольт

При помощи установки Tibet air shower array ученые зафиксировали атмосферные ливни частиц, порожденные попаданием фотонов с энергией выше 100 тераэлектронвольт, прилетевших от Крабовидной туманности. Зарегистрированные события стали первым примером настолько высокоэнергетических квантов света от известного источника, а не в составе космических лучей, происхождение которых в большинстве случае до конца не установлено, пишут авторы в статье, принятой к публикации в журнале Physical Review Letters, препринт доступен на сайте arXiv.org.

С атмосферой Земли постоянно сталкиваются прилетающие из космоса частицы. Это могут быть как фундаментальные, так и составные частицы различной природы, порожденные разнообразными источниками (например, Солнцем) и обладающие энергией из огромного диапазона. Обычно наиболее высокоэнергетические события относятся к космическим лучам — потокам частиц, прилетающим со всех направлений. В большинстве случаев их источник обнаружить не удается, но отдельные отождествления были, в том числе со сверхновыми и активными ядрами галактик.

Такие частицы при взаимодействии с атомными ядрами в верхних слоях атмосферы порождают каскад реакций, который приводит к появлению большого количества вторичных частиц — атмосферному ливню. Некоторые из них достигают поверхности Земли и могут быть зарегистрированы. Так как изначальное соударение происходит на большой высоте, то порождаемые одной высокоэнергетической частицей «осколки» могут накрывать площадь в сотни квадратных километров.

Одним из наиболее интенсивных известных источников частиц является Крабовидная туманность — остаток сверхновой 1054 года, внутри которой находится пульсар. В частности, у нее детектируется электромагнитное излучение от радио до экстремально жесткого гамма-диапазона с предельной энергией в несколько десятков тераэлектронвольт.

В работе коллаборации ученых, работающих с установкой Tibet air shower array, описывается первый случай фиксации фотонов с энергией выше 100 тераэлектронвольт от конкретного источника, которым оказалась Крабовидная туманность. После учета всех источников шума физики получили 24 регистрации при ожидаемом количестве фоновых событий от космических лучей в 5,5, что соответствует статистической значимости 5,6σ. Среди них в четырех случаях энергия превысила даже 250 тераэлектронвольт при ожидаемом количестве в 0,8 (статистическая значимость 2,4σ).

Регистрация была проведена при помощи наземных сцинтилляционных детекторов и подземных мюонных детекторов, которые улавливают черенковское излучение вторичных мюонов. В данный момент такие детекторы установки Tibet air shower array обладают суммарной площадью в 3400 квадратных метров. Различие между фотонами и массивными частицами космических лучей проводилось по количеству генерируемых мюонов — фотон сравнимой энергии порождает намного меньше мюонов.

В этом году начались наблюдения на самом чувствительном детекторе космических лучей, также расположенном в Китае. В прошлом году впервые удалось найти источник нейтрино сверхвысоких энергий, которым оказался блазар. Космические лучи влияют не только на Землю, но и на другие тела: недавно ученые доказали, что цвет спутника Юпитера Европы определяется, в том числе, высокоэнергетическими частицами.

Тимур Кешелава

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.