Почему тяжёлые ядра космических лучей неожиданно растут с энергией ✛ ✎ ✦

Оригинал: "To the interpretation of the upturn observed by ATIC in heavy nuclei to iron ratios"
arXiv:1303.6102 · 2013-03-25 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Модель закрытой галактики с локальными пузырями объясняет загадочный подъём отношения тяжёлых ядер к железу в данных ATIC.

Воздушный шар ATIC поднялся над Антарктидой и поймал частицы, которые старше самой Земли. Среди них — ядра атомов от серы до хрома, и чем выше их энергия, тем больше их доля по сравнению с железом. Стандартная модель «дырявого ящика» предсказывала обратное: тяжёлые ядра должны были растворяться, как соль в воде. Но данные упрямо росли.

Космические лучи — это заряженные частицы высоких энергий, летящие из космоса. Вторичные ядра рождаются при столкновениях первичных с межзвёздным газом.

Авторы вернулись к забытой идее 1977 года: галактика не «дырявый ящик», а закрытая комната с пузырями. Внутри каждого пузыря — источники, как лампы в мыльных пузырях. Солнце сидит в одном из них, и мы видим не только свет своей лампы, но и отсветы чужих, просочившиеся сквозь стенки. Модель с долей объёмного потока 20% воспроизвела подъём: сначала отношение падает, как и положено, а потом растёт — это вступает в игру свет из других пузырей.

Локальный пузырь, в котором находится Солнце, — это реальная область разреженного горячего газа размером около 100 парсек, созданная взрывами сверхновых. Если модель CG+B верна, мы буквально живём внутри «котла», где варятся космические лучи.

\frac{I_{\Sigma S}}{I_{Fe}} = \sum_{i=1}^{k} \frac{\kappa_{N_i,Fe}}{\kappa_{N_i}^{esc}(\epsilon) + \kappa_{N_i}}
Сумма по всем вторичным ядрам Ni отношений парциальной длины пробега образования из железа к сумме обратных длин утечки и ядерного взаимодействия.
Q_{bulk}(\epsilon) = \frac{\kappa^{esc}(\epsilon)}{\kappa^{esc}(\epsilon) + \kappa} Q(\epsilon)
Спектр частиц, покидающих пузырь и формирующих объёмный поток, равен исходному спектру источника, умноженному на вероятность утечки до взаимодействия.
\frac{I_{N_i}(\epsilon)}{I_{Fe}(\epsilon)} = \frac{\kappa_{N_i,Fe}}{\kappa_{N_i}^{esc}(\epsilon) + \kappa_{N_i}} + K \frac{\kappa_{N_i,Fe}}{\kappa_{N_i}} \frac{\kappa_{Fe}^{esc}(\epsilon)}{\kappa_{Fe}} \frac{1 + K \frac{\kappa_{Fe}^{esc}(\epsilon)}{\kappa_{Fe}}}{1 + K \frac{\kappa_{Fe}^{esc}(\epsilon)}{\kappa_{Fe}}}
Полное отношение складывается из локальной компоненты (первое слагаемое) и вклада объёмного потока (второе слагаемое), где K — доля объёмного потока.
Учёные
Bernhard RiemannJoseph WeberKarl SchwarzschildKip ThorneRainer WeissAlbert Einstein
Понятия
атомное ядро активное ядро галактики спектральный индекс скорость реакции железо масса протона масса нейтрона дейтрон пик нейтронная корка ядро свинца структура ядра ядерный реактор скорость аккреции галактический центр протонная спектроскопия скалярный спектральный индекс железная линия Катрин эра доминирования излучения