Крабовидная туманность оказалась певатроном
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
Однако открытие еще предстоит подтвердить
Астрономы обнаружили кандидата во вспышку сверхновой типа Ia с двойной детонацией — им стала сверхновая SN 2022joj, обнаруженная в 2022 году. Предполагается, что детонация внешней тонкой гелиевой оболочки белого карлика повлекла за собой вторичную детонацию ядра. Препринт работы опубликован на сайте arXiv.org. Вспышки сверхновых типа Ia возникают, когда на белом карлике из-за превышения по массе предела Чандрасекара происходит термоядерный взрыв. Такая ситуация может возникнуть, когда белый карлик аккрецирует вещество звезды-компаньона в двойной системе или при слиянии двух белых карликов. В астрономии такие сверхновые играют важную роль, помогая определять расстояния до далеких галактик и выступая как источники большинства элементов группы железа (от титана до цинка), встречающихся во Вселенной. Группа астрономов во главе с Эстефанией Падильей Гонсалес (Estefania Padilla Gonzalez) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре опубликовала результаты анализа данных фотометрических и спектроскопических наблюдений наземных и космических телескопов за необычной сверхновой SN 2022joj типа Ia, которая была обнаружена наземной системой телескопов ZTF 8 мая 2022 года. Галактикой-хозяином сверхновой стала небольшая карликовая галактика, расположенная на расстоянии 105,2 мегапарсек от Солнца. В отличие от других сверхновых типа Ia, SN 2022joj демонстрировала исключительно красный цвет, начиная с одиннадцатого дня вспышки и до момента достижения максимальной яркости, в дальнейшем поток излучения стал смещаться к синему концу спектра. Сравнение кривой блеска и спектров SN 2022joj с различными моделями сверхновых выявило хорошее согласование с моделью двойной детонации. В ней углеродно-кислородный белый карлик с массой до предела Чандрасекара накапливает вблизи своей поверхности гелий в достаточном количестве, чтобы в гелиевой оболочке произошла детонация, порождающая ударную волну, которая, в свою очередь, инициирует детонацию ядра карлика. Такая картина может иметь место для белых карликов, аккрецирующих вещество звезды-компаньона, или для случая слияния углеродно-кислородного белого карлика с маломассивным гелиевым белым карликом. В случае SN 2022joj данные наблюдений вписываются в модель двойной детонации с массой белого карлика околосолнечной массы, обладающего тонкой гелиевой оболочкой с массой 0,01-0,02 массы Солнца. Применимость модели толстой гелиевой оболочки (более 0,05 массы Солнца) оказалась хуже. Раннее покраснение вспышки в этом случае можно объяснить образованием элементов группы железа во внешней оболочке белого карлика. Однако идея о том, что SN 2022joj действительно можно отнести к сверхновой типа Ia с двойной детонацией, нуждается в дополнительном подтверждении новыми моделированиями, так как есть несоответствия. В частности, модели предсказывают яркие эмиссионные линии [Ca II] в спектре, в то время как в спектре SN 2022joj наблюдается сильное излучение [Fe III]. Ранее мы рассказывали о том, как сверхновая 1181 года вписалась в модель слияния двух белых карликов.