На небе нашли девять источников фотонов экстремальных энергий

Астрофизики завершили составление первого каталога источников электромагнитного излучения сверхвысоких энергий. Оказалось, что фотоны с энергией выше 56 тераэлектронвольт приходят от девяти источников, а три из них видны на энергиях выше 100 тераэлектронвольт. Скорее всего, все эти объекты расположены в нашей Галактике и могут являться пульсарами, пишут ученые в журнале Physical Review Letters.

В энергетическом спектре космических лучей наблюдается несколько изломов, один из которых, «колено», приходится примерно на один петаэлектронвольт. На данный момент полноценного объяснения этой особенности нет. Считается, что частицы вплоть до таких энергий должны появляться внутри Млечного Пути, но точное определение их источников (певатронов) осложнено трудностями восстановления координат исходных частиц и редкостью подобных событий.

Теоретики выделяют несколько типов объектов, которые потенциально могут достаточно сильно разгонять заряженные частицы, в том числе остатки сверхновых, молодые скопления массивных звезд, пульсары и сверхмассивные черные дыры. На данный момент лишь черная дыра в центре Млечного Пути однозначно идентифицирована как певатрон, но потока от нее недостаточно для объяснения всех наблюдаемых космических лучей таких энергий.

Помочь определить источники могут гамма-фотоны, которые рождаются при взаимодействии быстрых заряженных частиц с космической средой, но, в отличие от них, не меняют траекторию под действием галактических магнитных полей. Оценки показывают, что фотоны с энергиями от десятков до пары сотен тераэлектронвольт должны появляться в процессах с участием заряженных частиц с энергиями около «колена» спектра космических лучей.

Астрономы при участии Келли Мэлоун (Kelly Malone) из Лос-Аламосской национальной лаборатории опубликовали электромагнитный обзор всего неба для энергий выше 56 тераэлектронвольт, что стало рекордно высоким диапазоном энергий. Работа была выполнена при помощи наземной обсерватории HAWC, которая регистрирует черенковское излучение от вторичных частиц атмосферного ливня, возникающего при столкновении космических лучей с внешними оболочками Земли.

Всего в данном диапазоне энергий удалось выделить девять источников, причем восемь из них выглядят как протяженные (их размер больше углового разрешения инструмента) и лежат не далее одного градуса от плоскости диска Млечного Пути, что говорит в пользу их галактической природы. Девятый источник, единственный точечный, совпадает с Крабовидной туманностью — известным остатком сверхновой.

Все девять объектов известны как минимум по обзорам в менее энергичном участке гамма-диапазона. Более того, восемь из них входят в десятку самых ярких в обзоре в более мягких гамма-лучах, также проведенном HAWC. Также авторы отмечают, что все источники примерно совпадают с положениями известных пульсаров, но протяженный размер некоторых охватывает координаты сразу нескольких.

Крабовидная туманность в прошлом году стала первым определенным источником фотонов с энергией выше 100 тераэлектронвольт. Излучение сверхвысоких энергий ранее впервые зафиксировали от гамма-всплесков. О российском «ловце» гамма-всплесков на борту американского спутника мы подробно рассказывали в материале «Вспышка за вспышкой».

Тимур Кешелава