В созвездии Кассиопеи обнаружен новый ускоритель частиц сверхвысоких энергий: открытие китайской обсерватории LHAASO

Интернациональный коллектив учёных, работающий с самой чувствительной в мире высокогорной обсерваторией LHAASO (The Large High Altitude Air Shower Observatory), сообщил о регистрации гамма-квантов ультравысоких энергий (UHE; > 100 ТэВ), исходящих от двойной системы LS I +61° 303 в созвездии Кассиопеи.

Это достижение позволяет классифицировать данный объект как потенциальный «галактический Пэватрон» — редчайший тип природных ускорителей, способных разгонять частицы до энергий в петаэлектронвольты. Энергия наиболее мощного из зарегистрированных фотонов достигла 267 ± 61 ТэВ. Этот показатель почти вдесятеро превосходит возможности передовых гамма-телескопов предыдущих поколений, таких как MAGIC или VERITAS, и существенно превышает энергии, достигаемые при столкновениях частиц в Большом адронном коллайдере.

Система LS I +61° 303, удалённая от Земли на 6500 световых лет, представляет собой впечатляющий тандем: массивную горячую Be-звезду, окружённую газовым диском, и её компактного компаньона — вероятнее всего, активно аккрецирующую нейтронную звезду. В процессе орбитального движения, которое занимает около 26,5 суток, этот компактный объект проходит сквозь плотное вещество диска гигантской звезды, превращая систему в масштабную космическую лабораторию.

Уникальность результатов LHAASO состоит в фиксации 16 фотоноподобных событий с энергией, превышающей 100 ТэВ. Это ставит перед теоретиками сложную задачу: при таких параметрах классические механизмы излучения электронов блокируются квантовым эффектом, известным как предел Клейна — Нишины. Данный факт прямо указывает на работу системы в режиме «протонной пушки», ускоряющей атомные ядра (адроны) до релятивистских скоростей.

Исследование было проведено с использованием гибридного комплекса детекторов, размещённого на высоте 4410 метров в китайской провинции Сычуань. Физики из Института физики высоких энергий (IHEP) Китайской академии наук в сотрудничестве с исследователями из России, Германии и Таиланда применили массив водяных черенковских детекторов (WCDA) и мюонные системы (KM2A) для эффективной фильтрации фоновых шумов. Зафиксированная статистическая значимость сигнала составила рекордные 9,2σ, что исключает вероятность случайной ошибки.

Учёные также отметили интригующую аномалию: если стандартное излучение достигает максимума при сближении компонентов системы, то наиболее энергичные фотоны концентрируются в фазе максимального удаления звёзд друг от друга (апастре). Это свидетельствует о функционировании некого «внешнего» ускорителя, возможно, расположенного в зоне взаимодействия звёздных ветров за пределами самой двойной системы.

Научная значимость этого открытия состоит в подтверждении гипотезы о том, что компактные двойные системы наряду с остатками сверхновых являются важнейшими источниками космических лучей сверхвысоких энергий в нашей Галактике. Регистрация фотонов такой колоссальной мощности доказывает, что процессы ускорения в LS I +61° 303 протекают на пределе Хилласа — теоретически максимальной эффективности для подобных объектов. Это знаменует начало новой главы в «многоканальной астрономии», предоставляя инструменты для изучения механизмов выброса вещества и взаимодействия релятивистских потоков в наиболее экстремальных условиях Вселенной через методы гамма-астрономии сверхвысоких энергий.

Источник: iXBT