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.
