Космические облака подсвечиваются космическими лучами

Внешний вид телескопа HESS (фото с сайта news.bbc.co.uk)

Работающий в Намибии гамма-телескоп HESS обнаружил неподалеку от центра Галактики газопылевой комплекс, испускающий гамма-излучение очень высокой энергии. Однако само по себе космическое облако не может быть источником гамма-лучей. Астрономы предлагают гипотезы, объясняющие странное явление.

Гамма-излучением называют самые высокочастотные электромагнитные колебания с энергией квантов более миллиона электронвольт. Сквозь атмосферу космические гамма-кванты пройти не могут, поскольку взаимодействуют с атомами воздуха. Но всё же наиболее энергичные гамма-кванты — с энергией порядка 10¹² эВ — можно наблюдать с поверхности Земли косвенным образом. Врезаясь в ядро атома в атмосфере, такой гамма-квант порождает целый каскад заряженных частиц и квантов. Многие частицы летят со скоростью, превышающей скорость света в воздухе. Это приводит к испусканию так называемого черенковского тормозного излучения, которое тоже направлено в основном вдоль траектории исходного гамма-кванта. Это излучение собирает четырьмя своими 12-метровыми зеркалами телескоп HESS, который полтора года назад был введен в строй в Намибии. Вспышки черенковского излучения длятся миллиардные доли секунды, но по ним можно определить энергию и направление движения исходного гамма-кванта.

Проследив таким образом направление на один из источников высокоэнергичного космического гамма-излучения, астрономы обнаружили в соответствующем районе неба лишь сложную систему облаков межзвездного газа, расположенную примерно в 7-8 килопарсеках от Земли, неподалеку от центра Галактики. Масса сосредоточенного там газа составляет около 50 миллионов масс Солнца. Но несмотря на впечатляющий масштаб, в газовом облаке нет источников энергии, которые могли бы порождать подобное жесткое излучение. Объяснить это явление можно, если предположить, что излучение является наведенным, то есть возникает под воздействием космических лучей, приходящих из какого-то внешнего источника.

Принцип работы телескопа HESS. Угол расхождения пучка черенковского излучения составляет около 1 градуса и показан не в масштабе (рис. с сайта dphs10.saclay.cea.fr)

Космические лучи, то есть приходящие из космоса заряженные частицы высоких энергий, открыл в 1912 году австрийский физик Виктор Гесс, в честь которого назван новый телескоп. При вторжении в земную атмосферу они ведут себя во многом подобно высокоэнергичным гамма-квантам: порождают лавины частиц и квантов, получившие название широких атмосферных ливней (ШАЛ), и тоже могут регистрироваться телескопом HESS. Однако подобные явления могут происходить не только в земной атмосфере, но и в далеком межзвездном облаке. Под воздействием достаточно мощного потока высокоэнергичных космических лучей облако может стать источником вторичных космических лучей и гамма-излучения. Межзвездные магнитные поля искривляют траектории вторичных космических лучей, и выявить их становится невозможно, а вот гамма-кванты, двигаясь по прямой, вполне могут достичь Земли. По-видимому, именно с таким явлением в этот раз впервые столкнулись астрономы.

Источником первичных космических лучей, подсвечивающих газовые облака, мог стать остаток взрыва сверхновой звезды где-то неподалеку или сверхмассивная черная дыра в центре Галактики, которая ускоряет частицы при интенсивной аккреции вещества. Причем надо отметить, что источник подсветки вполне мог уже отключиться — а испущенные им частицы лишь спустя десятки или даже сотни лет добрались до облака и подсвечивают его.

До сих пор любые проявления космических лучей регистрировались только на Земле и в ее ближайших окрестностях. При этом определить их источники, как правило, не удавалось из-за сложной траектории заряженных частиц. Если же гипотеза подсветки межзвездных облаков космическими лучами подтвердится, то астрономы получат важную новую возможность оценивать фон космических лучей в дальних областях космоса.

Александр Сергеев

Источник:
Пресс-релиз Института Макса Планка.

<< Назад