«Горячее пятно» – область на небе, неподалеку от созвездия Большой Медведицы, из которой приходит неожиданно много космических лучей ультравысоких энергий, было обнаружено обсерваторией Telescope Array. Этот крупнейший детектор космических лучей в северном полушарии расположен в штате Юта (США). В работе обсерватории активно участвует российская научная группа из Института ядерных исследований РАН. Об этом сообщается в пресс-релизе ИЯИ.
«Горячее пятно» было обнаружено обсерваторией Telescope Array
Архив ИЯИ РАН
Результаты исследования приняты в печать в журнал Astrophysical Journal Letters. Согласно сообщению ученых из Бельгии, Кореи, России, США и Японии, входящих в международную коллаборацию, это открытие является шагом вперед в понимании природы загадочных источников наиболее энергичных частиц во Вселенной. Исследование выполнено коллективом из 125 ученых, включая 6 исследователей из ИЯИ РАН.
По мнению одного из руководителей обсерватории Telescope Array, профессора Университета Юты Гордона Томпсона, «это открытие приближает нас к обнаружению источников [этих космических лучей ультравысоких энергий]». «Мы видим сгусток на небе, но внутри него – множество объектов различных типов, которые могут являться источниками. Задача еще не решена, но теперь мы знаем, где искать», – отметил он.
По словам Томсона, многие астрофизики предполагают, что космические лучи ультравысоких энергий рождаются в активных ядрах галактик, в которых часть материи засасывается черной дырой, а другая часть выбрасывается наружу в форме направленной струи. Другая популярная гипотеза состоит в том, что космические лучи рождаются при сверхмощных взрывах звезд – гамма-всплесках.
Источниками космических лучей более низких энергий являются Солнце, другие звезды и взрывы сверхновых, в то время как происхождение наиболее энергичных космических лучей остается загадкой в течение десятилетий.
Установка Telescope Array
Напомним, что установка Telescope Array регистрирует космические лучи с энергией выше, чем 10-18 электрон-вольт. Энергия всего лишь одной частицы примерно равна кинетической энергии теннисного мячика, в котором триллионы триллионов атомов. Космические лучи приходят к нам из-за пределов нашей Галактики – Млечного Пути, размер которой составляет 100 тысяч световых лет (около миллиарда миллиардов километров).
Руководитель российской группы Telescope Array член-корреспондент РАН Игорь Ткачев, поясняя суть открытия, подчеркнул, что оно «открывает двери для новой области науки – астрономии заряженных частиц». Дело в том, что по пути к нам космические лучи отклоняются в галактических и внегалактических магнитных полях. Отклонения космических лучей относительно низких энергий отклонения в магнитном поле приводят к потере информации о том, откуда они пришли. Однако величина отклонения энергичных космических лучей от направления на источник должна зависеть от неизвестных сегодня внегалактических магнитных полей. «Идентификация источников позволит заодно измерить эти поля», – заметил Игорь Ткачев.
По словам Григория Рубцова, научного сотрудника ИЯИ РАН, «задача поиска источников космических лучей напрямую связана с не решенной пока задачей точного определения их состава. Протоны – ядра водорода – отклоняются магнитными полями слабее, чем ядра других химических элементов… Таким образом, идентифицировав источник, можно будет оценить заряд частицы по величине отклонения от направления на источник».
Он считает, что «точное знание состава позволит исследовать процессы взаимодействия таких частиц внутри источников, а также с межзвездной средой и атмосферой. Эти процессы идут при энергиях, более чем в десять раз превышающих максимальные энергии столкновения, достижимые на современных коллайдерах».
Обсерватория Telescope Array использует два метода регистрации космических лучей. Установка имеет четыре комплекса телескопов, расположенных на расстоянии нескольких десятков километров друг от друга, каждый из которых фиксирует слабые вспышки ультрафиолетового флуоресцентного излучения атомов азота и кислорода, вызванные взаимодействием космических частиц с атмосферой.
В новом исследовании обсерватории Telescope Array группа ученых рассмотрела космические лучи с энергиями выше 57 миллиардов миллиардов электрон-вольт (5.7 на 10-19). Регистрация частиц проходила 5 лет с 11 мая 2008 года по 4 мая 2013 год. Несмотря на большую площадь установки, за это время было зафиксировано всего 72 таких события.
Оказалось, что 19 из этих частиц пришли из одной области неба, которая и получила название «горячего пятна». Обнаруженное горячее пятно — круг радиусом около 20 градусов, расположенный под созвездием Большой Медведицы. Экваториальные координаты его центра: склонение 43.2 градуса, прямое восхождение 146.6 градусов. Горячее пятно находится вблизи сверхгалактической плоскости, связанной со Сверхскоплением Девы, в которое входит и наша Галактика. Ученые сообщили, что вероятность того, что горячее пятно является случайной флуктуацией, составляет приблизительно 1 из 3000.
По мнению Сергея Троицкого, ведущего научного сотрудника ИЯИ РАН, «неизвестный пока ближайший источник космических лучей может быть также источником нейтрино сверхвысоких энергий, недавно обнаруженных на установке IceCube». Он отмечает актуальность поиска модели, которая «смогла бы одновременно описать и происхождение нейтрино, и происхождение заряженных частиц». Такие исследования как раз и ведутся группой ученых из Института ядерных исследований РАН.
Ученые отмечают, что зарегистрированные 19 частиц являются статистически значимым указанием на присутствие «горячего пятна». Тем не менее, такой статистики недостаточно для того, чтобы провести дополнительные исследования наблюдаемого явления. Необходимо значительное увеличение статистики, которое станет возможным благодаря удвоению числа наземных детекторов. При этом расстояние между ними также увеличится, чтобы общая площадь установки увеличилась в 4 раза.
По словам Гордона Томсона, «территория для расширения расположена к северу и к югу от существующей установки». Он добавил, что ученые планируют получить 6.4 миллиона долларов от правительств США и Японии в конце этого года и завершить расширение в 2016 году. Обсерватория Telescope Array была построена за 17 млн долларов США и начала наблюдения в 2008 году. Профессор университета Юты Джон Мэттьюс сообщил, что «позже установка была модернизирована, что увеличило ее стоимость до 25 миллионов долларов, из которых Япония внесла примерно 2/3, а США примерно 1/3 суммы».
Источник: polit.ru
