Когда мы с коллегами приступили к работе над космической загадкой столетней давности, мы неожиданно обнаружили небесную лабораторию в Терзане 5, плотном звездном скоплении, которое в настоящее время несется через нашу галактику с головокружительной скоростью.
Эта звездная странность позволила нам изучить поведение космических лучей – частиц высокой энергии, чьи беспорядочные траектории в космосе ставили в тупик астрономов с момента их открытия в 1912 году.
Наблюдая за излучением, создаваемым космическими лучами Terzan 5, мы впервые достигли научного результата: измерили, как быстро эти частицы меняют направление из-за колебаний межзвездных магнитных полей. Наше исследование опубликовано сегодня в журнале Nature Astronomy.
Быстро движущееся излучение из космоса
Никто не ожидал увидеть там космические лучи. Когда в 1890-х годах впервые была обнаружена радиоактивность, ученые думали, что все источники излучения находятся на Земле.
Но в 1912 году австрийско-американский физик Виктор Гесс измерил уровень радиации в окружающей среде на воздушном шаре на большой высоте и обнаружил, что он был намного выше, чем на уровне земли, даже во время затмения, когда Солнце было закрыто. Это означало, что излучение должно было исходить из космоса.
Сегодня мы знаем о таинственном излучении, обнаруженном Гессом в виде космических лучей: атомных ядер и элементарных частиц, таких как протоны и электроны, которые каким-то образом были ускорены почти до скорости света. Эти частицы проносятся сквозь межзвездное пространство, и, как обнаружил Хесс, благодаря своей высокой энергии небольшая их часть может проникать в верхние слои атмосферы.
Но мы не можем точно сказать, откуда они берутся. Космические лучи - это заряженные частицы, а это значит, что направление их движения меняется, когда они сталкиваются с магнитным полем.
Статичное изображение космического излучения космоса
Эффект магнитного отклонения обеспечивает базовую технологию для старых мониторов и телевизоров с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), которые используют его для направления электронов к экрану для создания изображения. Межзвездное пространство наполнено магнитными полями, и эти поля постоянно колеблются, отклоняя космические лучи в произвольных направлениях – что-то вроде сломанного ЭЛТ в старом телевизоре, который показывает только помехи.
Таким образом, вместо того, чтобы, подобно свету, направляться прямо к нам от своего источника, космические лучи почти равномерно распространяются по всей галактике. Здесь, на Земле, мы видим, что они распространяются почти одинаково со всех сторон неба.
Хотя мы теперь понимаем эту общую картину, большинство деталей упущено. Равномерность распространения космических лучей по небу говорит нам о том, что направления космических лучей меняются случайным образом, но у нас нет надежного способа измерить, насколько быстро происходит этот процесс.
Мы также не понимаем основной источник магнитных флуктуаций. Или не понимали до сих пор.
Терзан 5 и смещенные гамма-лучи
Вот тут-то и появляется Терзан 5. Это звездное скопление является мощным источником космических лучей, поскольку содержит большое количество быстро вращающихся, невероятно плотных и намагниченных звезд, называемых миллисекундными пульсарами, которые разгоняют космические лучи до чрезвычайно высоких скоростей.
Эти космические лучи не достигают Земли полностью из-за колебаний магнитных полей. Однако мы можем видеть явный признак их присутствия: некоторые космические лучи сталкиваются с фотонами звездного света и преобразуют их в высокоэнергетические незаряженные частицы, называемые гамма-лучами.
Гамма-лучи распространяются в том же направлении, что и космический луч, который их породил, но, в отличие от космических лучей, гамма-лучи не отклоняются магнитными полями. Они могут двигаться по прямой и достигать Земли.
Из-за этого эффекта мы часто видим гамма-лучи, исходящие от мощных источников космических лучей. Но на "Терзане 5" по какой-то причине гамма-лучи не совпадают в точности с положением звезд. Вместо этого, кажется, что они исходят из области, удаленной примерно на 30 световых лет, где нет очевидного источника.
Это "комета" галактического масштаба
Это смещение было необъяснимым с тех пор, как оно было обнаружено в 2011 году, пока мы не нашли объяснение.
Сегодня Терзан 5 находится близко к центру нашей галактики, но это не всегда так. На самом деле звездное скопление движется по очень широкой орбите, из-за чего большую часть времени находится вдали от плоскости галактики.
Так получилось, что прямо сейчас оно движется по галактике. Поскольку это падение происходит со скоростью сотни километров в секунду, скопление окутывает себя пеленой магнитных полей, подобно хвосту кометы, несущейся сквозь солнечный ветер.
Космические лучи, испускаемые скоплением, первоначально распространяются вдоль хвоста. Мы не видим ни одного из гамма–лучей, которые испускают эти космические лучи, потому что хвост не направлен прямо на нас - эти гамма-лучи направляются вдоль хвоста и удаляются от нас.
И вот тут-то и возникают магнитные колебания. Если бы космические лучи оставались на одной линии с хвостом, мы бы их никогда не увидели, но благодаря магнитным колебаниям их направление начинает меняться.
В конце концов, некоторые из них начинают указывать на нас, создавая видимые нами гамма-лучи. Но на это уходит примерно 30 лет, и именно поэтому гамма-лучи, похоже, исходят не от самого скопления.
К тому времени, когда на нас будет направлено достаточное количество их гамма-лучей, чтобы их можно было увидеть, они преодолеют расстояние в 30 световых лет в магнитном хвосте скопления.
Космические лучи и межзвездные магнитные поля
Таким образом, благодаря Terzan 5 мы впервые смогли измерить, сколько времени требуется магнитным колебаниям, чтобы изменить направление космических лучей. Мы можем использовать эту информацию для проверки теорий о том, как работают межзвездные магнитные поля и откуда берутся их колебания.
Это делает нас на большой шаг ближе к пониманию таинственного излучения из космоса, обнаруженного Гессом более 100 лет назад.
(Автор: Марк Крумхольц, профессор исследовательской школы астрономии и астрофизики Австралийского национального университета)
(Заявление о раскрытии информации: Марк Крумхольц получает финансирование от Австралийского исследовательского совета и supercomputer time от Национальной вычислительной инфраструктуры (Австралия), суперкомпьютерного центра Pawsey (Австралия) и компьютерного центра Oak Ridge Leadership Computing Facility (США).)
Эта статья перепечатана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинальную статью.
(За исключением заголовка, этот материал не редактировался сотрудниками NDTV и опубликован на синдицированном канале).
