Уже 100 лет учёных мучает вопрос происхождения огромного количества протонов, которые передвигаются со скоростью света и непрерывно бомбардируют атмосферу Земли. Принято считать, что эти "космические лучи", открытые в 1912 году, получают ускорение при взрыве звёзд. И вот, наконец, исследователям удалось добыть первые доказательства этой теории.
Предположение основывалось на том, что остатки сверхновой действуют в качестве гигантского ускорителя элементарных частиц. В результате взрыва происходит образование ударной волны, которая врезается в окружающий газ, сжимая и усиливая любые магнитные поля. Заряженные частицы, проходя через фронт, получают ускорение, а некоторые из них при этом отбрасываются назад из-за взаимодействия с магнитными полями. Таким образом, отдельные частицы могут путешествовать взад и вперёд у границы взрывной волны, как теннисный шарик между двумя стенками. Через некоторое время они вылетают из этого замкнутого круга со скоростью, близкой к световой.
Космические лучи состоят из разных типов частиц, и, если диапазон волны электронов позволил астрофизикам подтвердить, что они получили ускорение при взрыве сверхновой, то то же самое предположение относительно протонов получило лишь косвенные доказательства. Дело в том, что по пути к Земле частицы проходят через другие магнитные поля и много раз меняют направление своего движения. В результате детекторы не могут точно определить, откуда они прибыли.
Но, похоже, два новых исследования окончательно расставляют все точки над "и".
Ключом к решению проблемы для группы под руководством Стефана Фанка (Stefan Funk) из американской Национальной ускорительной лаборатории SLAC стало образование γ-излучения, которое наблюдается при столкновении высокоэнергетических протонов с низкоэнергетическими частицами. Как сообщается в журнале Science, команда учёных предположила, что если космические лучи образуются в районе взрыва сверхновой, то там должно появляться достаточно γ-лучей, чтобы иметь возможность засечь их с Земли.
Астрофизики воспользовались космическим телескопом Fermi для наблюдения за двумя остатками сверхновых, известных под индексами IC 443 и W44. Как и следовало ожидать, высокоточные инструменты засекли в обеих областях большое количество γ-квантов в расчётном диапазоне.
В другом исследовании, также опубликованном в журнале Science, Сладжяна Николич (Sladjana Nikolić) из Института астрономии Макса Планка (Max-Planck-Institut für Astronomie) и её коллеги исследовали спектр видимого света, испускаемого атомами водорода в области остатка сверхновой под номером 1006. Такой анализ позволяет определить скорость атомов. Полученная картина оказалась крайне необычной. Учёные говорят, что наблюдаемое излучение можно получить только в том случае, если водород образовался из протона, который сначала разогнался до огромной скорости, а затем выхватил электрон у соседнего атома.
"В обычных условиях мы не ожидаем увидеть в газе с определенной температурой много частиц со скоростями выше определенного уровня, — говорит участник команды Джон Хьюз (John Hughes) из университета Рутгерса. – Поэтому частицы с очень высокими скоростями можно наблюдать только в том случае, если в этой области происходит ускорение космических лучей".
