Исследование космического излучения экстремально высоких энергий является одной из ключевых целей современной астрономии. Ранее считалось, что такие излучения исходят от активных ядер галактик, отстоящих от Земли миллионы световых лет. Однако новейшие данные Высокогорной черенковской гамма-обсерватории (HAWC) указывают на то, что астрофизические источники в нашей галактике, генерирующие джеты, также способны испускать гамма-фотоны колоссальных энергий.
Это открытие кардинально пересматривает наше понимание процессов образования космического излучения экстремально высоких энергий. Теперь стало очевидно, что такие объекты, как микроквазары в пределах Млечного Пути, также генерируют гамма-фотоны невероятно высоких энергий.
С момента, когда Виктор Гесс в 1912 году обнаружил космическое излучение, было принято считать, что источниками ускорения частиц до предельных энергий в нашей галактике являются остатки сверхновых звезд. Однако недавние данные от HAWC показывают, что микроквазары играют решающую роль в создании высокоэнергетического излучения.
Обсерватория HAWC была создана на склонах вулкана Сьерра-Негра в Мексике с целью детектирования частиц колоссальных энергий. Конструкция включает 300 стальных резервуаров с водой, оснащённых фотоумножителями, фиксирующими вспышки черенковского излучения, возникающие при проникновении частиц, движущихся быстрее скорости света в воде.
Регулярно HAWC фиксирует гамма-фотоны энергий от сотен гигаэлектронвольт до сотен тераэлектронвольт. Эти значения энергии в триллион раз превышают мощность фотонов видимого диапазона и превосходят энергию протонов, разогнанных в Большом адронном коллайдере более чем в десять раз.
Квазарные сверхмассивные чёрные дыры, действующие как активные ядра некоторых галактик с массами в сотни миллионов солнечных масс, ускоряют и поглощают вещество из окружающих дисков. Этот процесс сопровождается выбросом узких джетов материи от полюсов чёрной дыры с огромными скоростями, близкими к скорости света, что вызывает образование ударных волн, именно в которых возникают фотоны высоких энергий вплоть до сотен тераэлектронвольт.
«Фотоны, фиксируемые в микроквазарах, обычно на порядок менее энергичны по сравнению с теми, что испускаются квазарами. Обычно это значения десятков гигаэлектронвольт. Но в наборе данных HAWC неожиданно были обнаружены фотоны, исходящие из микроквазара в нашей галактике и обладающие энергиями, на сотни тысяч раз превышающими обычное», — подчеркивает доктор Сабрина Казанова, исследующая этот феномен вместе с доктором Сяоцзе Ваном из Технологического института Мичигана и доктором Дэчжи Хуаном из Университета Мэриленда.
Микроквазар V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) стал источником фотонов энергией до 200 тераэлектронвольт. Объект располагается примерно в 20 000 световых лет от нашей планеты. Главное действующее лицо — чёрная дыра массой около шести солнечных масс, которая привлекает вещество из звезды, более чем в три раза массивнее нашего Солнца. Обе звезды совершают оборот вокруг общего центра масс приблизительно каждые три дня.
Направление джета системы V4641 Sgr ориентировано в сторону Солнечной системы, что приводит к релятивистскому искажению времени восприятия материи. В такой конфигурации передняя часть джета кажется моложе, чем его задняя часть, что создает впечатление движения со сверхсветовой скоростью, в данном случае, в 9 раз превосходящей скорость света.
«Неожиданно оказалось, что микроквазар V4641 Sgr не единственный, где зарегистрированы фотоны такой высокой энергии. Астрономы также обнаружили их и в других микроквазарах, зафиксированных обсерваторией LHAASO», — добавляет Казанова.
Эти результаты представляют значительный интерес не только для специалистов, изучающих космические лучи. Оказывается, что механизмы, аналогичные тем, что работают в ядрах далёких галактик, функционируют на сравнительно небольшом расстоянии от Земли. Эти процессы в микроквазарах происходят в удобных для наблюдений временных рамках — в течение дней, а не на протяжении многих тысяч или миллионов лет.
Более того, фотоны, испускаемые микроквазарами, преодолевают только относительно небольшие космические расстояния, сводя к минимуму рассеяние и поглощение, благодаря чему астрофизики могут проводить более точные наблюдения за эволюционными процессами галактик.
«Это открытие расширяет горизонты изучения космических лучей и их происхождения. Теперь мы можем исследовать микроквазары как источники объектов экстремально высоких энергий и получить представление о механизмах их образования», — заключает Казанова.
Исследование, проведенное представителями международной Высокогорной черенковской гамма-обсерватории (HAWC), представлено в журнале Nature.
Источник: iXBT
