Американские исследователи из Нью-Йоркского университета предложили теорию, объясняющую происхождение космических лучей сверхвысокой энергии (КЛУВЭ) — самых мощных частиц, регистрируемых во Вселенной. Их работа была опубликована в авторитетном научном журнале Physical Review Letters (PRL).
Космические лучи сверхвысокой энергии обладают невероятной мощностью, превышающей 10²⁰ электронвольт (эВ). Для сравнения, это в миллионы раз больше энергии, которую могут достичь частицы в крупнейшем ускорителе на Земле — Большом адронном коллайдере. Несмотря на десятилетия исследований, учёные до сих пор не имели точного объяснения их происхождения.
Как возникают КЛУВЭ?
Авторы новой теории пришли к выводу, что столь мощные частицы формируются в турбулентных магнитных потоках, возникающих при слиянии двух нейтронных звёзд. Этот катастрофический процесс сопровождается образованием чёрных дыр и испусканием гравитационных волн, зафиксированных наземными и орбитальными обсерваториями.
Именно в таких экстремальных условиях, по мнению исследователей, происходит ускорение частиц до рекордных энергий. Данный механизм не только объясняет, почему КЛУВЭ обладают столь высокой мощностью, но и позволяет связать их свойства с физическими процессами, происходящими при слиянии звёзд.
Ключевые особенности КЛУВЭ
Новая теория объясняет сразу несколько загадок, связанных с космическими лучами сверхвысокой энергии:
- Связь между энергией частиц и их электрическим зарядом. Это означает, что ускорение зависит от природы заряженных частиц, участвующих в процессе.
- Аномально высокая энергия отдельных событий. Иногда регистрируются частицы, энергия которых значительно превышает ожидаемые значения. Новый механизм объясняет, каким образом они могут разгоняться до таких показателей.
Кроме того, исследователи предсказали, что самые мощные космические лучи состоят из редких элементов — например, ксенона и теллура. Эти элементы образуются в ходе r-процесса (быстрого захвата нейтронов), который происходит при слиянии нейтронных звёзд.
Что это открытие означает для науки?
Данный результат открывает новые возможности для изучения Вселенной. Теперь астрономы могут искать редкие элементы в данных о космических лучах, чтобы подтвердить эту гипотезу.
Кроме того, исследование предсказывает, что столкновения частиц КЛУВЭ с межзвёздной материей сопровождаются выбросом нейтрино сверхвысоких энергий. Эти нейтрино можно попытаться зафиксировать с помощью нейтринных телескопов, таких как IceCube в Антарктиде.
Также важно отметить, что подобные события должны сопровождаться гравитационными волнами, которые фиксируют обсерватории LIGO и Virgo. Это означает, что будущие совместные наблюдения смогут подтвердить связь между КЛУВЭ и процессами слияния нейтронных звёзд.
Раскрытие космических катастроф
Одним из главных выводов работы является то, что КЛУВЭ могут служить своеобразным инструментом для изучения самых разрушительных процессов во Вселенной. Слияние нейтронных звёзд играет ключевую роль в формировании многих тяжёлых элементов, включая золото, платину и уран.
Таким образом, исследование не только решает одну из давних тайн астрофизики, но и позволяет взглянуть на происхождение драгоценных и экзотических элементов, которые образуются в ходе этих мощнейших катаклизмов.