Всесвіт

Рекордні фотони змусили астрономів переглянути природу випромінювання від пульсарів

Обсерваторія в Намібії зловила фотони з енергією у 20 тераелектронвольт. Такі параметри не вписуються в теорію про походження пульсуючих гамма-променів. Результати роботи опубліковані в журналі Nature Astronomy.

Пульсар в уявлені художника / © NASA Goddard Space Flight Center

Коли у масивних зірок закінчується “паливо”, вони спалахують надновими, а після стискаються, перетворюючись в нейтронну зірку — маленьку, але масивну.

“Ці мертві зірки майже цілком складаються з нейтронів, і вони неймовірно щільні: чайна ложка їх речовини по масі більше п’яти мільярдів тонн”, – пояснила одна зі співавторів нового дослідження Емма де Онья Вільгельмі (Emma de On’a Wilhelmi), вчений з обсерваторії H. E. S. S. Інше порівняння, яке часто наводять: один «цукровий кубик» речовини нейтронної зірки на Землі буде важити як гора.

Оскільки ці космічні об’єкти утворюються із зірок, у Всесвіті їх досить багато, але вони настільки маленькі (всі — менше 30 кілометрів в діаметрі) і тьмяні, що сучасні інструменти їх не бачать. За винятком деяких випадків. Більшість нейтронних зірок, які ми можемо спостерігати, — це пульсари.

Пульсари, як «космічні маяки», з постійною періодичністю «опромінюють» нашу систему. За цими спалахами випромінювання астрономи і шукають ці об’єкти. Вчені вважають, що причина спалахів – потужна магнітосфера, що оточує пульсари. Вона розганяє електрони і викидає їх потоками з полюсів об’єкта. А позаяк зірка обертається, ці потоки, як світло маяка, з постійною періодичністю проскакують по Землі — і радіоастрономи їх бачать.

Найяскравіший пульсар в радіодіапазоні – об’єкт в сузір’ї Вітрил. Він же найяскравіше постійне джерело космічних гамма-променів з енергією, що обчислюється гігаелектронвольтами (Гев). Він робить приблизно 11 обертів за одну секунду. Але випромінювання з енергією вище декількох гігаелектронвольт від цього пульсара немає, воно різко обривається. Ймовірно, тому що електрони долітають до межі магнітосфери пульсара і вилітають за його межі.

Частковий знімок залишку наднової в сузір’ї Вітрил, яка виникла близько 11 тисяч років тому. Саме від цієї наднової утворився пульсар, вивченням якого займався автор нового дослідження / © Angus Lau, Y Van, SS Tong

І ось в даних спостережень обсерваторії H. E. S. S. вчені виявили фотони ще більшої енергії — в кілька десятків тераелектронвольт. За словами авторів, це приблизно в 200 разів більше, ніж найпотужніше випромінювання цього об’єкта за всю історію спостережень.

Причому це випромінювання слідує періодичності “радіомаяка” в діапазоні гігаелектронвольт. За розрахунками, щоб досягти такої енергії, електрони повинні вилітати за межі магнітосфери. Тоді звідки виникає та ж періодичність?

“Цей результат не вписується в наші знання про пульсари, і потрібно переглянути наші припущення про те, як працюють ці природні прискорювачі. Вважається, що частинки розганяються уздовж ліній магнітного поля або трохи за межами магнітосфери, але такий підхід не може пояснити результати спостережень”, — зазначив керівник дослідження Араче Джаннаті-Атаї (Arache djannati-Atai) з лабораторії астрочастинок і космології (Франція).

Вони з колегами припустили, що електрони можуть розганятися внаслідок перезамикання магнітних ліній і це дозволяє їм підтримувати періодичність. Але навіть такий сценарій, за словами Джаннаті-Атаї, не пояснює потужність випромінювання.

Тепер цей об’єкт в сузір’ї Вітрил – пульсар-рекордсмен. Втім, можливо, ненадовго. Дослідження довело працездатність методики пошуку такого випромінювання, і тепер астрономи звернуть погляди гамма-телескопів на інші пульсари.

Back to top button