Обнаружены гамма-лучи самой высокой энергии, когда-либо исходившие от пульсара
Ученые, использующие обсерваторию HESS в Намибии, обнаружили гамма-лучи самой высокой энергии, когда-либо исходившие от мертвой звезды, называемой пульсаром. Энергия этих гамма-лучей достигала 20 тераэлектронвольт, что примерно в 10 триллионов раз превышает энергию видимого света. Это наблюдение трудно согласовать с теорией образования таких импульсных гамма-лучей, как сообщает международная группа в журнале Nature Astronomy.
Исследователи полагают, что частицы инфракрасного света (фотоны) с полюсов пульсара усиливаются до энергии гамма-излучения (синего цвета) быстрыми электронами.
Фото: Лаборатория научных коммуникаций DESY.
Пульсары — это остатки звезд, которые эффектно взорвались в виде сверхновой. Взрывы оставили после себя крошечную мертвую звезду диаметром всего около 20 километров, вращающуюся чрезвычайно быстро и наделенную огромным магнитным полем.
«Эти мертвые звезды почти полностью состоят из нейтронов и невероятно плотны: чайная ложка их материала имеет массу более пяти миллиардов тонн, или примерно в 900 раз больше массы Великой пирамиды в Гизе», — объясняет ученый HESS Эмма де Она Вильхельми, соавтор издания, работающая в DESY.
Пульсары испускают вращающиеся лучи электромагнитного излучения, что-то вроде космических маяков. Если их луч пройдет через нашу Солнечную систему, мы увидим вспышки радиации через регулярные промежутки времени. Эти вспышки, называемые также импульсами излучения, можно искать в разных энергетических диапазонах электромагнитного спектра.
Ученые полагают, что источником этого излучения являются быстрые электроны, которые рождаются и ускоряются в магнитосфере пульсара, путешествуя к его периферии. Магнитосфера состоит из плазмы и электромагнитных полей, которые окружают звезду и вращаются вместе с ней.
«Во время своего путешествия электроны приобретают энергию и выделяют ее в виде наблюдаемых лучей излучения», — говорит Бронек Рудак из Астрономического центра Николая Коперника (CAMK PAN) в Польше, который также является соавтором.
Пульсар Вела, расположенный на южном небе в созвездии Вела (парус корабля), является самым ярким пульсаром в радиодиапазоне электромагнитного спектра и самым ярким постоянным источником космических гамма-лучей в гигаэлектронвольтном (ГэВ) диапазоне. . Он вращается примерно одиннадцать раз в секунду. Однако при энергии выше нескольких ГэВ его излучение резко прекращается, предположительно потому, что электроны достигают конца магнитосферы пульсара и покидают ее.
Но это еще не конец истории: с помощью глубоких наблюдений с помощью HESS теперь обнаружен новый компонент излучения с еще более высокими энергиями, с энергиями до десятков тераэлектронвольт (ТэВ).
«Это примерно в 200 раз более энергично, чем все излучение, когда-либо обнаруженное от этого объекта», — говорит соавтор Кристо Вентер из Северо-Западного университета в Южной Африке. Эта очень высокоэнергетическая компонента появляется в тех же фазовых интервалах, что и наблюдаемая в ГэВном диапазоне. Однако, чтобы достичь этих энергий, электронам, возможно, придется путешествовать даже дальше, чем магнитосфера, при этом структура вращательного излучения должна оставаться неизменной.
«Этот результат бросает вызов нашим предыдущим знаниям о пульсарах и требует переосмысления того, как работают эти естественные ускорители», — говорит Араче Джаннати-Атаи из лаборатории астрочастиц и космологии (APC) во Франции, который руководил исследованием.
«Традиционная схема, согласно которой частицы ускоряются вдоль силовых линий магнитного поля внутри или немного за пределами магнитосферы, не может в достаточной степени объяснить наши наблюдения. Возможно, мы наблюдаем ускорение частиц посредством так называемого процесса магнитного пересоединения за пределами светового цилиндра, который до сих пор каким-то образом сохраняет структуру вращения? Но даже этот сценарий сталкивается с трудностями при объяснении того, как возникает такое экстремальное излучение».
Каким бы ни было объяснение, наряду с другими его превосходными степенями, пульсар Вела теперь официально удерживает рекорд как пульсар с гамма-лучами самой высокой энергии, обнаруженными на сегодняшний день.
«Это открытие открывает новое окно наблюдения для обнаружения других пульсаров в диапазоне десятков тераэлектронвольт с помощью нынешних и будущих более чувствительных гамма-телескопов, тем самым открывая путь к лучшему пониманию процессов экстремального ускорения в сильно намагниченных астрофизических объектах». — говорит Джаннати-Атаи.
