Космические лучи сверхмощной энергии, возникающие в экстремальных астрофизических условиях – например, в кипящих средах вблизи черных дыр и нейтронных звезд, – обладают гораздо большей энергией, чем частицы, возникающие на Солнце. На самом деле энергия частиц, составляющих эти потоки, примерно в 10 миллионов раз превышает энергию частиц, ускоренных в самой экстремальной среде для частиц на Земле – Большом адронном коллайдере, созданном человеком.
Откуда берется вся эта энергия? Долгие годы ученые считали, что она возникает в результате толчков, которые происходят в экстремальных астрофизических средах – например, когда звезда взрывается перед образованием черной дыры, поднимая частицы.
Эта теория была правдоподобной, но, согласно новому исследованию Колумбийского университета, опубликованному в журнале The Astrophysical Journal Letters, наблюдения лучше объясняются другим механизмом. Источником энергии космических лучей, с большой вероятностью, является магнитная турбулентность. Авторы статьи обнаружили, что магнитные поля в таких средах запутываются и вращаются, быстро ускоряя частицы и резко увеличивая их энергию вплоть до резкого прекращения.
«Эти результаты помогают решить вопросы, представляющие большой интерес как для астрофизиков, так и для физиков частиц, о том, как эти космические лучи получают свою энергию», – сказал Лука Комиссо, астрофизик и один из авторов статьи.
Работа дополняет опубликованное в прошлом году исследование об энергетических частицах Солнца, которые, как было установлено, возникают из магнитных полей в солнечной короне. В этой работе Комиссо и его коллеги нашли способ точнее предсказать место появления таких частиц.
Космические лучи сверхвысоких энергий на порядки мощнее солнечных энергетических частиц: они могут достигать 1020 электрон-вольт, в то время как частицы от Солнца могут достигать 1010 электрон-вольт, что составляет разницу в 10 порядков. (Чтобы получить представление об этом огромном отличии в масштабе, вспомните разницу в весе между рисовым зерном массой около 0,05 грамма и 500-тонным Airbus A380, самым большим пассажирским самолетом в мире). «Интересно, что у этих двух чрезвычайно разных сред есть нечто общее: их магнитные поля сильно запутаны, что имеет решающее значение для придания частицам энергии», – говорит Комиссо.
«Примечательно, что данные по космическим лучам сверхвысоких энергий явно подтверждают предсказания магнитной турбулентности, а не ударного ускорения. Это настоящий прорыв в данной области», – сказал Гленнис Р. Фаррар, один из авторов статьи и профессор физики Нью-Йоркского университета.
[Фото: ru.123rf.com]
