Космічні промені високих енергій не пов’язані з гамма-спалахами

Нейтринна обсерваторія IceCube наблизила (віддалила?) нас до розуміння походження космічних променів: згідно з новими даними, гамма-спалахи, найактивніші енергетично об’єкти у відомому Всесвіті, не є джерелом космічних променів високих енергій.

Космічні промені, виявлені на початку минулого століття, дуже довго залишалися великою загадкою. Вони складаються з протонів (89%), гелію (9%) та електронів (1%). Їхні енергії коливаються від мега- до зетаелектронвольтів (10²¹).

Як виявилося, гамма-спалахи не є джерелом галактичних космічних променів високих енергій. Але якщо не вони, то що? (Ілюстрація НАСА.)

Зрозуміло, що космічні промені найнижчих енергій надходять від Сонця та інших зір Галактики, а частинки середнього енергетичного діапазону, вочевидь, утворюються під час вибухів наднових. Прогалина починається в ділянці космічних променів високих і надвисоких енергій. Так, не дуже зрозуміло, звідки беруться протони високих енергій — а вони дають майже 90% космічної радіації. Усе, що має понад квадрильйон електронвольтів, прийшло бозна-звідки.

У 2007 році в Обсерваторії ім. П’єра Оже зареєстрували космічні промені, напрямок яких указував на те, що вони походять із центру Чумацького Шляху, де припускають наявність надмасивної чорної діри. Однак подальші спостереження показали, що це був випадковий разовий сплеск, а основна маса космічних променів іде зовсім не звідти.

IceCube, нейтринна обсерваторія, що розташована на глибині понад кілометр в Антарктиді, для непрямого виявлення джерела космічних променів високих енергій використала нейтрино. При цьому припускали, що джерела космічної радіації — ті самі гамма-спалахи, викиди енергії вибухового характеру, які спостерігаються у віддалених галактиках у найжорсткішій частині електромагнітного спектра. Це була логічна, але, схоже, хибна гіпотеза.

У скрутному становищі опинилися й фізики. Річ у тім, що нейтрино утворюються під час тих взаємодій, які теоретично мають відповідати за гамма-спалахи. А отже, гамма-спалахам мають відповідати потоки нейтрино з тих самих ділянок неба. Ось тільки їх там стільки ж, скільки й там, де гамма-спалахів немає.

Звісно, в астрофізиці існував і альтернативний (хоча й не надто популярний) підхід до питання про джерело космічних променів високих енергій. Екзотичні частинки темної матерії, на думку прихильників цієї теорії, взаємодіяли між собою, втрачали енергію і, відповідно, породжували нейтрино й космічне випромінювання. Цей напрям ще можна охарактеризувати як «кінці у воду», оскільки за наявних засобів спостереження знайти частинки темної матерії, що не випромінюють, вельми непросто.

Але тепер і цей напрям (через нещодавні безуспішні пошуки темної матерії в Чумацькому Шляху) опинився у складній ситуації: якщо темна матерія нерівномірно розподілена в Галактиці, то й космічні промені з нейтрино мали б прибувати нерівномірно з різних боків, чого не спостерігається.

Найбільша проблема в тому, що, крім активних ядер галактик і гамма-квазарів, ми не знаємо жодних джерел, здатних хоча б теоретично породити таке випромінювання. А отже, ми впритул не бачимо якогось численного й надзвичайно енергетично потужного класу об’єктів, що має бути рівномірно розподілений у Всесвіті.

Варіантів лише три: або дані нейтринного детектора IceCube неправильні, або наше розуміння процесів у гамма-квазарах хибне, або нам потрібно переглядати фізичну парадигму.

Наземна частина IceCube, одного з найнезвичайніших дослідницьких проєктів останнього десятиліття (фото Michael Ashley).

Підготовлено за матеріалами The Conversation.

Лише зареєстровані користувачі можуть залишати коментарі. Увійдіть або зареєструйтеся.