Астрономи припускають, що у Всесвіті може існувати надзвичайно потужний природний колайдер частинок – і його джерелом можуть бути наднові, які розкидані по нашій галактиці й лише чекають моменту, щоб вибухнути.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
Нове дослідження показує, що наднові можуть слугувати своєрідними космічними прискорювачами частинок, але лише за певної умови: перед вибухом зірка повинна бути оточена густим газовим середовищем, через яке пройде ударна хвиля.
Упродовж майже 100 років науковці фіксують потоки високоенергетичних частинок, що надходять із глибин космосу. Ці частинки – здебільшого протони, рідше – ядра важчих елементів – відомі як космічні промені. Більшість із них відхиляються магнітним полем Землі або поглинаються атмосферою, але деякі досягають поверхні планети. За оцінками, приблизно раз на секунду один із таких променів проходить крізь ваше тіло.
Космічні промені мають широкий спектр енергій – найпотужніші з них можуть досягати одного петаелектронвольта (PeV), що в тисячу разів перевищує енергію зіткнень у Великому адронному колайдері – найсильнішому штучному колайдері частинок на Землі.
Довгий час астрономи припускали, що вибухи масивних зірок (наднові) можуть бути джерелом цих надвисокоенергетичних частинок. Такі явища забезпечують вибухову енергію, потік субатомних частинок і сильні магнітні поля, які можуть прискорювати ці частинки до величезних швидкостей перед їх викидом у космос.
Однак попередні спостереження залишків відомих наднових – зокрема, Тихо та Кассіопея A – не підтверджували наявності променів з енергіями рівня PeV. Здавалось, що ці джерела недостатньо потужні, щоб прискорювати частинки до такого рівня.
Проте нещодавно прийняте до публікації дослідження в журналі Astronomy & Astrophysics проливає нове світло на цю гіпотезу. Вчені виявили, що деякі наднові можуть дійсно ставати так званими «пеВатронами» – джерелами космічних променів надвисоких енергій – але лише за специфічних умов.
Зокрема, перед вибухом зірка має втратити велику частину маси – щонайменше дві маси Сонця. Цей матеріал, зіркова оболонка, утворює щільне газове середовище поблизу зорі. Коли наднова вибухає, її ударна хвиля врізається в цю оболонку.
При проходженні ударної хвилі через щільну газову оболонку магнітні поля різко посилюються. У цьому бурхливому середовищі субатомні частинки починають хаотично рухатися, багаторазово відбиваючись від магнітних структур. З кожним «відскоком» вони прискорюються, і зрештою досягають енергії, достатньої для втечі в космос – уже як потужний космічний промінь.
Але цей ефект триває недовго: через кілька місяців після вибуху ударна хвиля починає сповільнюватись, і ефективність прискорення частинок знижується. Хоча наднова все ще випромінює космічні промені, її здатність досягати рівня PeV згасає.
Це пояснює, чому на сьогодні ми ще не спостерігали активного пеВатрона в нашій галактиці. Наднові спалахують у Чумацькому Шляху приблизно раз на кілька років, але поки що жодна з них не була достатньо близькою до Землі, щоб ми могли зафіксувати цей короткий проміжок надпотужного прискорення.
Отже, відкриття найпотужнішого природного колайдера частинок залишається справою часу – і терпіння.
Читайте також:
- Вибухи наднових могли змінити еволюцію на Землі
- Астрономи виявили нові деталі великого залишку наднової у Чумацькому Шляху