Крабовидная туманность оказалась певатроном

NASA, ESA, J. Hester, A. Loll

Астрономы получили достоверные доказательства того, что Крабовидная туманность является певатроном — ускорителем частиц до энергий в несколько петаэлектронвольт. Сделать это помогли наблюдения наземной обсерватории LHAASO, которая фиксировала атмосферные ливни, вызываемые прилетающими из туманности гамма-квантами. Статья опубликована в журнале Science.

В кривой энергетического спектра наблюдаемых космических лучей существует несколько изломов, один из которых — «колено» — соответствует частицам с энергией несколько петаэлектронвольт, что близко к предельным возможностям земных ускорителей. На сегодняшний день известно несколько возможных источников подобных частиц в Млечном Пути (певатронов), в частности ими могут быть область Кокон Лебедя, остатки сверхновых, пульсары или сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути. Однако сложности при идентификации источников (и, как следствие, описания механизмов ускорения частиц) возникают при установлении надежной связи между конкретным источником и регистрируемыми частицами очень высоких энергий.

Группа астрономов во главе с Чжэнь Цао (Zhen Cao) из коллаборации LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory) опубликовала результаты наблюдений за Крабовидной туманностью при помощи наземной обсерватории, в которую входят сцинтилляционные счетчики, мюонные детекторы, водные черенковские детекторы и черенковские телескопы, занимающие площадь около 1,36 квадратного километра. LHAASO работает с 2019 года и регистрирует различные компоненты атмосферных ливней (каскадов элементарных частиц), возникающих когда частицы космических лучей и гамма-кванты с энергией от десяти тераэлектронвольт до тысячи петаэлектронвольт входят в атмосферу Земли.

Крабовидная туманность, находящаяся на расстоянии 6,5 тысячи световых лет от Солнца, представляет собой остаток от взрыва сверхновой SN 1054. В ее центре находится нейтронная звезда-пульсар, взаимодействующая с веществом туманности. Более ранние наблюдения показывали, что остаток является одним из самых ярких источников гамма-квантов на небе, который порождает частицы с энергиями выше ста тераэлектронвольт. Наблюдала туманность и обсерватория LHAASO, тогда ученые сделали вывод о том, что остаток может быть певатроном. 

Теперь астрономы предоставили доказательства того, что Крабовидная туманность действительно может считаться певатроном. Они зафиксировали в 2020-2021 годах от остатка гамма-кванты с энергиями от 0,0005 до 1,1 петаэлектронвольт, что, по мнению ученых, свидетельствует о наличии в туманности ускорителя электронов до энергий 2,3 петаэлектронвольта. Предполагается, что размер ускоряющей области составляет от 0,025 до 0,1 парсека, а магнитное поле оценивается в 110 микрогаусс. Анализ рентгеновских снимков внутренних частей туманности показал, что очаг ускорения частиц расположен вблизи ударной волны, на расстоянии 0,1 — 0,14 парсек от пульсара.

Ранее мы рассказывали о том, как  ученые нашли неоднородность в направлении прилета космических лучей и измерили соотношение изотопов гелия в них.

Александр Войтюк

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.