Пятнадцать ТэВ: обнаружены «критическая точка» космических лучей

Спутник DAMPE («Укун» тли «Постигнувший пустоту») обнаружил универсальную особенность в спектрах космических лучей, которая может объяснить их происхождение и поведение в галактике.

Космические лучи в основном состоят из протонов (лишенных электрона и нейтрона атомов водорода), но также из ядер гелия, углерода, кислорода и железа. Фото: Китайская академия наук

Источник: https://phys.org/

Международная группа ученых во главе с исследователями из Женевского университета представила результаты девятилетних наблюдений космических лучей с помощью китайского спутника DAMPE. Оказалось, что частицы разного типа — от протонов до тяжелых ядер — демонстрируют одинаковое поведение при высоких энергиях: их спектры резко «смягчаются» на определенном уровне. Результаты работ опубликованы в журнале Nature.

Этот перелом наблюдается при так называемой магнитной ригидности (жесткости) около 15 тераэлектронвольт (ТэВ) — параметре, который отражает сопротивление ее траектории воздействию магнитного поля. Чем выше жесткость, тем сложнее частицу «сбить с пути».

Неожиданный универсальный закон Вселенной

Ранее ученые спорили: зависит ли поведение космических лучей от массы частиц или от их электрического заряда. Новые данные показали, что ключевую роль играет именно заряд — и эффект одинаков для разных типов частиц независимо от их массы.

Релятивистские джеты сверхмассивных черных дыр — один из наиболее вероятных источников космических лучей высоких энергий.

Источник: Unsplash

Это важный шаг к пониманию того, где и как ускоряются космические лучи — одни из самых загадочных сущностей во Вселенной. Они движутся почти со скоростью света и приходят из глубин Галактики и из-за ее пределов.

Открытие помогает уточнить модели ускорения частиц, например в остатках сверхновых, джетах черных дыр, пульсарах или других мощных астрофизических источниках. Также оно может пролить свет на процессы распространения космических лучей в межзвездной среде.

Сам спутник DAMPE (Dark Matter Particle Explorer, или «Укун», по-китайски «Постигнувший пустоту», прототип — литературный персонаж по имени Сунь Укун), запущенный КНР в 2015 году, изначально создавался для поиска следов темной материи, но оказался мощным инструментом для изучения космических лучей.

Спутник DAMPE («Укун») на орбите на высоте 500 км над Землей. Начиная с первого приёма цифровых данных 20 декабря 2015 года до 30 сентября 2020 года «Укун» произвел 9 сканирований всего неба и зафиксировал около 8,69 млрд частиц высокой энергии. Каждый день утром и вечером (по пекинскому времени) «Укун» пролетает над воздушным пространством КНР, и три станции приема цифровых данных в Миюне, Кашгаре и Санья принимают 16 гигабайт данных. В 2017 году исследовательская команда «Укун» опубликовала первую партию результатов: точно измеренный в космосе энергетический спектр электронных космических лучей; в 2019 году она опубликовала точно измеренный энергетический спектр протонов космических лучей, обнаруживший новую структуру, которая, по мнению исследователей, может быть следом находящегося поблизости источника космических лучей. В течение 530 дней полета спутник передал на Землю данные об обнаружении 1,5 миллионов космических электронов и позитронов выше 25 ГэВ, для которых характерно беспрецедентно высокое энергетическое разрешение и низкий уровень запыления.

Источник: https://www.asianscientist.com/

Интересные факты

Космические лучи были открыты в 1912 году физиком Виктором Гессом во время полетов на воздушном шаре. Взятая им с собой фотопластинка на высоте оказалась засвеченной, хотя лежала в темном месте.

При столкновении с атмосферой Земли они создают «ливни» вторичных частиц, которые можно регистрировать даже на поверхности Земли.

Некоторые эксперименты в Антарктиде фиксируют радиосигналы от таких частиц с точностью до статистической значимости выше 5 сигма — уровня, достаточного для научного открытия.

О таинственном сигнале из космоса, зарегистрированном в Антарктиде, читайте здесь.