Астрономы не могут определить, откуда исходит самое мощное излучение во Вселенной

Исследователи недавно обнаружили излучение во Вселенной, которое исходит от пульсара. Это вызывает вопросы, так как пульсар, по всей видимости, не обладет достаточной мощностью, чтобы создать излучение такой силы.


В тысяче световых лет от нас пульсар под названием Вела 11 раз в секунду озаряет Землю яркими всплесками энергии: радиоволнами, видимым светом, рентгеновскими лучами и гамма-лучами.

Астрофизик Араче Джаннати-Атай и его коллеги из Лаборатории астрочастиц и космологии во Франции использовали телескоп Стереоскопической системы высоких энергий в Намибии и обнаружили, что некоторые из этих гамма-лучей гораздо более энергичны, чем все, что астрономы видели раньше. И сейчас у них нет этому объяснения.

Джаннати-Атай и его коллеги опубликовали свою работу в журнале Nature Astronomy.

Странный свет потухшей звезды

Пульсар Вела славится своей яркостью в различных диапазонах длин волн — от радиоволн до гамма-лучей. Пульсар — это остаток мертвой звезды, ядро которой сгорело, и сейчас он быстро вращается вокруг своей оси, окруженный сильным магнитным полем. Излучение пульсара выходит из его полюсов, и по мере вращения проходит через пространство, подобно лучам маяка. Из-за этого с нашей земной перспективы пульсар кажется мигающим или «пульсирующим», отсюда и его название.

До недавнего времени ученые предполагали, что самое энергичное излучение, исходящее от пульсара Вела, имеет энергию нескольких миллиардов электронвольт. Однако с использованием специального телескопа, созданного для поиска очень энергичных гамма-лучей коротких волн, Джаннати-Атай и его команда обнаружили, что Вела излучает гамма-лучи с энергией в 20 триллионов электронвольт. Это делает Вела самым энергичным источником излучения, известным нам во Вселенной.

Физику света можно описать следующим образом: свет состоит из фотонов. Чем больше фотонов, тем ярче кажется источник света. Однако каждый фотон также несет определенное количество энергии. Фотоны с большей энергией имеют более короткие длины волн. Можно представить, что энергичный фотон активно подпрыгивает вверх и вниз, в то время как фотон с низкой энергией движется медленно и лениво.

Гамма-лучи априори считаются самым энергетическим видом излучения, известным нам, но некоторые гамма-лучи обладают еще большей энергией, чем другие. Предыдущим рекордсменом был гамма-всплеск, испускаемый массивной звездой, которая коллапсировала в черную дыру и была замечена астрономами в конце прошлого года. Каждый фотон в этом гамма-всплеске нес в себе 18 триллионов электронвольт энергии. Это было впечатляюще, поскольку гамма-всплески обычно имеют энергию всего нескольких миллиардов электронвольт, что делает прошлогодний рекордный гамма-всплеск в тысячу раз мощнее обычных вспышек.

Но теперь мы имеем Вела, пульсар, излучающий гамма-лучи с энергией в 20 триллионов электронвольт (и мигающий каждые 11 секунд, когда пульсар быстро вращается вокруг своей оси). Астрофизики, изучающие эту энергетическую гамма-струю, до сих пор не до конца понимают, как это происходит и почему Вела обладает такой способностью.

Тайна магнитного поля

Мощное магнитное поле пульсара можно сравнить с огромными и мощными ускорителями частиц, такими как SLAC или Большой адронный коллайдер. Электроны в пульсаре притягиваются вдоль линий магнитного поля и достигают невероятных скоростей, прежде чем быть выброшенными в космос в виде струй на северном и южном полюсах пульсара. В процессе ускорения, эти электроны выделяют огромное количество энергии, создавая вращающиеся лучи света.

Однако, основываясь на физических принципах, известных о магнитном поле, скорости вращения пульсара и характеристиках струй частиц, ученые приходят к выводу, что Вела теоретически не может достичь достаточной скорости электронов, чтобы высвободить столько энергии, какую мы наблюдаем в ее гамма-лучах. Фактически, в механических терминах, ускоритель частиц Велы просто не достаточно длинный.

Это говорит о том, что помимо струй частиц, должен существовать еще один фактор, способный производить сверхэнергичные гамма-лучи. Ученые, включая Джаннати-Атай и его коллег, предполагают, что это может быть связано с процессом, происходящим в магнитном поле за пределами струй частиц, или с мощными ветрами пульсара. Однако ни один из этих сценариев не дает полного объяснения того, что наблюдается. Предыдущие исследования не смогли объяснить такую высокую энергию излучения. Кроме того, энергичные гамма-лучи все же связаны со струями, так как они вспыхивают с той же частотой, что и другие излучения, исходящие от Велы, — 11 раз в секунду.

Есть только один способ решить подобную космическую головоломку: продолжать заниматься наукой. Ученые исследуют и анализируют доступные данные, проводят эксперименты и разрабатывают новые теории, чтобы понять фундаментальные принципы Вселенной и объяснить необычные явления, такие как энергичные гамма-лучи, исходящие от Велы. Только так мы можем надеяться, что со временем расширим наши знания и разрешим все более сложные головоломки, которые представляет нам Вселенная.