Самые мощные обнаруженные космические лучи исходят из нескольких точек вблизи нашей Солнечной системы

Вселенная — это сцена, наполненная экстремальными явлениями, где температуры и энергии достигают невообразимых уровней. В этом контексте такие объекты, как остатки сверхновых, пульсары и активные галактические ядра, генерируют заряженные частицы и гамма-излучение с энергией, значительно превышающей энергию ядерных процессов, таких как термоядерный синтез в звездах. Эти частицы, являющиеся непосредственными свидетелями экстремальных космических процессов, дают ключевое представление о работе Вселенной.

Гамма-лучи, например, способны преодолевать пространство без изменений, что дает прямую информацию об источниках их происхождения. Однако заряженным частицам, известным как космические лучи, предстоит более сложный путь. Взаимодействуя с вездесущими магнитными полями космоса, эти частицы отклоняются и теряют часть своей энергии, особенно высокоэнергетические электроны и позитроны, называемые электронами космических лучей (CRe). При энергии, превышающей один тераэлектронвольт (ТэВ) — в тысячу раз больше, чем у видимого света, — эти частицы постепенно исчезают, что затрудняет определение места их происхождения.

Обнаружение высокоэнергетических частиц, таких как CRe, является монументальной задачей. Космические приборы с их ограниченными зонами обнаружения не в состоянии уловить достаточное количество частиц при таких экстремальных энергиях. С другой стороны, наземные обсерватории сталкиваются с дополнительной проблемой: отличить каскады частиц, вызванные электронами космических лучей, от гораздо более частых каскадов, порожденных протонами и более тяжелыми ядрами космических лучей.

Именно здесь в игру вступает обсерватория H.E.S.S. в Намибии. В этом научном комплексе используется массив из пяти телескопов, предназначенных для обнаружения слабого черенковского излучения, возникающего, когда высокоэнергетические заряженные частицы проникают в атмосферу Земли, создавая каскады частиц. Хотя основной задачей H.E.S.S. является изучение гамма-лучей и их источников, благодаря передовым системам обнаружения он также позволяет анализировать CRe.

Недавно ученые из коллаборации H.E.S.S. провели беспрецедентный анализ данных, собранных за более чем десятилетний период. Используя инновационные алгоритмы для фильтрации фоновых сигналов и выделения CRe, им удалось получить высококачественный набор данных, позволяющий изучать эти частицы в самых высоких наблюдаемых на сегодняшний день диапазонах энергий, доходящих до 40 ТэВ.

Одним из самых удивительных открытий стал резкий сдвиг в энергетическом распределении CRe. Это наводит на мысль, что эти частицы исходят из небольшого числа источников, расположенных вблизи нашей Солнечной системы. Среди потенциальных источников — пульсары, объекты с чрезвычайно мощными магнитными полями, которые, вращаясь, ускоряют заряженные частицы и генерируют гамма-лучи в концентрированных пучках. В этих процессах пары электронов и позитронов создаются и ускоряются до колоссальных энергий, что делает пульсары естественными лабораториями для физики частиц.

Эти достижения открывают новые направления исследований природы высокоэнергетических частиц и среды, в которой они генерируются. Возможность проследить путь этих частиц до их источников позволяет астрофизикам изучать такие явления, как эволюция галактических магнитных полей и роль сверхновых и пульсаров как естественных космических ускорителей.

Вселенная остается загадкой, но с помощью таких инструментов, как H.E.S.S., мы все ближе подходим к раскрытию ее самых сокровенных тайн. Из бескрайней пустыни Намибии гамма-лучи и заряженные частицы продолжают раскрывать истории динамичного космоса, полного сюрпризов.