Космічні промені подорожують до Землі з дуже великою швидкістю із глибин Космосу і їхнє походження цікавить астрономів понад століття. Вчора (12 липня 2018 р.) міжнародна команда науковців оголосила про відстеження високоенергетичної частинки до місця її походження, що дозволило вперше розкрити джерело космічних променів.
Це відкриття — тріумф багатоканальної астрономії (multimessenger astronomy), в якій науковці використовують декілька типів сигналів — в цьому випадку електромагнітні хвилі та елементарні частинки, відомі як нейтрино. Відповіді на космологічні таємниці неможливо знайти старомодним способом, тобто на основі реєстрації сигналів тільки одного типу.
Багатоканальна астрономія — це синтез інформації, отриманої від різних її носіїв. Нині астрономи можуть отримувати дані з цих чотирьох носіїв. Тут гамма-промені є представниками всього електромагнітного спектра. Фото з сайту www.space.com.
Епоха багатоканальної астрономії настала в жовтні 2017 року, коли дослідники оголосили про те, що вони спостерігали гравітаційні хвилі та світло, які виникли під час злиття двох нейтронних зір. Цю тенденцію продовжило нове відкриття.
«Сьогодні ми дуже раді повідомити про те, що ми тепер знаємо щось про космічні прискорювачі завдяки одночасному виявленні нейтрино та гамма-променів», — сказала під час прес-конференції вчора Реґіна Капуто (Regina Caputo), яка працює з космічним гамма-телескопом Фермі.
Австрійський науковець Віктор Гесс (Victor Hess) у 1912 р. вперше виявив космічні промені з допомогою детекторів піднятих високо в небо на повітряній кулі. Нині відомо, що космічні промені — це різні субатомні частинки: електрони, протони та ядра атомів. Деякі космічні промені мають енергії, які набагато вищі тих, яких можна досягти на Землі навіть у найбільших прискорювачах частинок. Дуже мало явищ у Всесвіті може прискорити частинки до таких швидкостей.
Величезна кількість космічних променів бомбардують Землю кожну секунду. Але майже неможливо простежити шляхи цих атомних фрагментів до своїх джерел. Більшість з них, потрапляючи в атоми у верхній атмосфері, спричиняють каскад вторинних частинок, що випадають «дощами» на поверхню з різних напрямків. Ще одна особливість: оскільки більшість космічних променів мають електричний заряд, то це означає, що їхній шлях змінюється щоразу, коли вони стикаються з магнітним полем. А космічний простір рясніє магнітними полями — від відносно слабкої магнітосфери нашої планети до потужних магнітних вихорів, породжених магнетарами.
Проблема відстеження космічних променів — це саме те питання, яке багатоканальна астрономія може вирішувати найбільш плідно. Визнаючи межі виявлення космічних променів, астрономи можуть спрямувати свої пошуки до різних джерел інформації.
Нейтрино також приходять на Землю в неймовірно великій кількості кожну секунду. Однак ці частинки (вони не мають електричного заряду, а їхня маса дуже мала) можуть проходити цілі галактики без взаємодії. Коли науковці виявляють нейтрино, то його шлях веде назад до місця походження.
Це виявилося благодатним для астрономів, оскільки процеси, які прискорюють протони до енергетичних рівнів, виявлених у космічних променях, як відомо, створюють нейтрино з високою енергією. Саме такий тип нейтрино й виявила 22 вересня 2017 р. нейтринна обсерваторія IceCube, розташована на станції Амундсен-Скотт в Антарктиді на Південному полюсі Землі.
Протягом декількох хвилин після виявлення частинки IceCube автоматично сповіщає інші обсерваторії, які розпочинають спостерігати ту ділянку неба, звідки прийшло нейтрино. Цю практику ілюструють спостереження, виконані торік після реєстрації гравітаційних хвиль. Швидке повідомлення, надіслане з одного типу обсерваторії — в цьому разі з детектора гравітаційних хвиль — дозволило іншим виконати спостереження в широкому діапазоні різних сигналів. Це було злиття нейтронних зір, дані про яке вперше отримали від різних типів носії астрономічної інформації.
Блазар прискорює протони р (показані жовтим кольором) до енергетичних рівнів космічних променів, а також випускає гамма-промені g (фіолетовий). Це спричиняє низку квантових перетворень в яких виникають нейтрино n (синій), що поширюються через простір. Одночасне виявлення цих двох частинок дозволило астрономам ідентифікувати блазар як джерело космічних променів. Фото з сайту www.space.com.
Нещодавня реєстрація електромагнітних сигналів у діапазоні від гамма-променів до радіохвиль дозволила виявити, що нейтрино надійшло від галактики з надмасивною чорною дірою в центрі. Галактика міститься на відстані приблизно в 4 мільярди світлових років від Землі. Трапляється так, що один з струменів частинок високої енергії, які виходять від чорної діри, спрямований прямо на Землю. Астрономи називають такі об’єкти блазарами. Вони не найпотужніші явища у Всесвіті, але їхньої енергії, зазвичай, досить, щоб прискорити протон до швидкості, характерної для космічних променів.
«Цікаво: в астрофізичній спільноті існував загальний консенсус про те, що блазари навряд чи будуть джерелами космічних променів, і тут ми зі своїм відкриттям», — сказав головний науковець обсерваторії IceCube Френсіс Галзен (Francis Halzen), професор фізики Університету Вісконсін-Медісон. «Тепер ми виявили принаймні одне джерело космічних променів високих енергій, бо генерує космічні нейтрино».
Поєднання інформації з різних її носіїв обіцяє науковцям краще розуміння астрономічних явищ і процесів.
За інф. з сайту www.space.com підготував Іван Крячко
