В 10 000 000 000 000 раз больше энергии видимого света: гамма-лучи Пульсара ставят в тупик ученых

Энергия этих гамма-лучей достигала 20 тераэлектронвольт, что примерно в десять триллионов раз превышает энергию видимого света. Это наблюдение трудно согласовать с теорией образования таких импульсных гамма-лучей, сообщает международная группа исследователей в издании Nature Astronomy .

Природа пульсаров

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», — объяснила ученый Эмма де Она Вильхельми, соавтор издания, работающая в DESY.

Излучение пульсаров

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 отыскать 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», — сообщил исследователь Бронек Рудак из Астрономического центра Николая Коперника.

Пульсар Вела, расположенный 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.

С помощью наблюдений H.E.S.S. 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 исследования 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.

Бросая вызов устоявшимся знаниям

«Этот результат бросает вызов предыдущим знаниям о пульсарах и требует переосмысления того, как работают эти естественные ускорители», — отметил руководитель исследования Араше Джаннати-Атаи, из лаборатории астрочастиц и космологии (APC) во Франции.

«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 еще каким-то образом сохраняет схему вращения?

Но даже этот сценарий сталкивается с трудностями при объяснении того, как возникает такая экстремальная радиация».

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, пишет scitechdaily.

«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», — заметил Джаннати-Атаи.