Какъв механизъм ускорява космическите лъчи до диапазона от 3 пета-електрон-волта (PeV) — над 1000 пъти енергията на най-мощните създадени от човека ускорители на частици в света — причинявайки рязък спад в броя на космическите лъчи с по-висока енергия и образувайки подобна на коляно форма в енергийния им спектър?
Използвайки данни от Китайската голяма обсерватория за въздушен душ на голяма височина (LHAASO), екип от китайски и международни учени идентифицира мощни струи от черни дупки като „двигатели“, задвижващи високоенергийни частици в Млечния път. Това бележи крайъгълен камък в наблюдателното свързване на структурата „коляно“ със специфичен тип астрофизичен източник от откриването му преди 70 години.
Проучванията, публикувани в списанията National Science Review и Science Bulletin в неделя, са проведени от изследователи от Института по физика на високите енергии на Китайската академия на науките, университета Нанкин, Университета за наука и технологии на Китай и италианския университет Сапиенца в Рим.
Черните дупки, сред най-енигматичните обекти във Вселената, генерират струи с близка скорост на светлината, когато изтеглят материал от придружаващи звезди в двойни системи, образувайки микроквазари.
В това изследване LHAASO за първи път систематично открива ултрависокоенергийни гама лъчи от пет микроквазара. Резултатите предполагат, че първичните космически лъчи, генериращи тези гама лъчи, могат да имат енергии, надвишаващи 10 PeV – надхвърляйки енергийния праг на областта на „коляното“. Това откритие се занимава с дългогодишния проблем, че признатите преди това източници на космически лъчи, като останки от свръхнови, не могат да надминат този праг наблюдателно или теоретично.
За по-нататъшно разбиране на феномена са от съществено значение прецизните измервания на енергийните спектри на различни видове космически лъчи и съответните им „коленни“ области. Въпреки това, поради редкостта на космическите лъчи в областта на „коляното“ и атмосферната намеса, разграничаването на протони от други ядра беше много предизвикателно и някога се смяташе за невъзможно.
Въз основа на многопараметричните измервателни техники на LHAASO, изследователският екип получи голяма статистическа извадка от протони с висока чистота с точност, сравнима с тази на сателитните експерименти. Това им позволи да проведат прецизни измервания на енергийния спектър на протоните, които са най-леките и най-лесно откриваеми и обясними ядра.
Това измерване разкри структура на енергийния спектър, която беше напълно неочаквана, ясно показвайки нов „високенергиен компонент“ вместо прост преход между спектрите на степенния закон. Това откритие предполага съществуването на множество ускорители в рамките на Млечния път, всеки от които притежава собствена уникална способност за ускоряване и енергиен диапазон. „Коляното“ представлява границата на ускорение на източниците, отговорни за генерирането на високоенергийния компонент.
„Това е голяма стъпка напред“, каза Цао Жен, академик на Китайската академия на науките и главен учен на LHAASO. „За първи път в световен мащаб учените са наблюдавали вид източник, който наистина може да даде обяснение за космическите лъчи в областта на „коляното“, каза Цао, добавяйки, че се смята, че има около дузина такива източници.
Cao каза, че са необходими допълнителни наблюдения и проучвания за откриване на тези източници и изследване на структурата на енергийния спектър на различни ядра, за да се подобри разбирането на механизма на произхода на космическите лъчи и екстремните физически процеси на системите с черни дупки. Той добави, че принципите на работа на някои изкуствени ускорители са подобни на тези на ускоренията на космическите лъчи и разбирането на тези механизми има потенциал да се приложи при надграждане на оборудването.
LHAASO, наземна обсерватория за космически лъчи, проектирана, конструирана и управлявана от китайски учени, се намира на голяма надморска височина в окръг Даоченг, провинция Съчуан. Строителството започна през 2016 г. и той пое водеща роля в изследванията на високоенергийните космически лъчи поради своята чувствителност както при астрономическото изследване на гама-лъчите, така и при прецизното измерване на космическите лъчи. Получавайки национално одобрение през 2023 г., LHAASO постигна серия от открития с глобално въздействие, които допринасят за нашето разбиране на екстремните физически процеси във Вселената.
Нашия източник е Българо-Китайска Търговско-промишлена палaта
