Загадочные высокоэнергичные частицы трех разных типов происходят из одной черной дыры в скоплении галактик - Гранит науки - 2018-02-05

Происхождение потоков частиц трех типов – гамма-лучей микроволнового реликтового фона Вселенной, космических нейтрино и космических лучей сверхвысоких энергий – полувековая загадка астрофизики. Эти потоки объединены общим названием – космические лучи сверхвысоких энергий (UHECRs). Каждый из них несет огромное количество энергии, от миллиарда электронвольт для гамма-излучения до 100 пэтаэлектронвольт – это 100х1015электронвольт - для некоторых космических лучей. Ученых озадачивало то, что каждый тип частиц привносит во Вселенную суммарно одно и то же количество энергии, и это, по выражению физика из Университета штата Пенсильвания (Penn State) Кохты Мурасе (Kohta Murase), наводило на мысль о том, что все три типа, «приводит в движение один и тот же мотор».

Как отмечает, ссылаясь на ученого, портал Science News, данные от этих трех «мессенджеров» можно интерпретировать в едином ключе. Во-первых, черные дыры ускоряют заряженные частицы до сверхвысоких энергий в мощном потоке, и именно этим потоком может быть обусловлена сверхвысокая энергия космических лучей. Наиболее энергичные космические лучи покидают поток и сразу попадают в море намагниченного газа внутри скопления галактик. Некоторые из этих лучей покидают так же и газ и устремляются к Земле. Но менее энергичные лучи застревают в скоплении на миллиарды лет. Там они взаимодействуют с газом и образуют высокоэнергичные нейтрино, которые также покидают скопление. Тем временем, космические лучи, которые покинули изначальный поток, продолжают движение в межгалактическом пространстве, где взаимодействуют с фотонами, производя гамма-излучение.

Мурасе и его соавтор по статье о природе космических лучей сверхвысоких энергий, опубликованной в журнале Nature Physics, астрофизик Ке Фан (Ke Fang) из Университета Мерилэнда (University of Maryland), показали, что компьютерное моделирование этого сценария совпадает с наблюдениями и количественной оценкой космических лучей, нейтрино и гамма-излучения, достигающих Земли. «Это прекрасный образец унификации многих идей», сказал в комментарии Science News физик Френсис Хальцен (Francis Halzen) из антарктической Нейтринной обсерватории IceCube (IceCube Neutrino Observatory), где были зарегистрированы самые высокоэнергичные нейтрино. Существуют и другие возможные источники высокоэнергичных частиц, в частности, в антарктической обсерватории IceCube уже отследили сверхвысокоэнергичные нейтрино из отдельной черной дыры, которая может находиться вне скопления галактик. Хотя не исключено, что подледная установка, в конце концов, выведет ученых и на скопление. Новости мировой науки вы найдете также на странице нашей программы в газете научного сообщества «Поиск».