В оркестре каждый музыкант играет свою партию, но в определённый момент все инструменты замирают на одной ноте. Примерно так ведут себя космические лучи — частицы, летящие к нам от далёких звёзд. Недавно обсерватория LHAASO в Китае заметила странную вещь: в районе энергии около 4 ПэВ (это как если бы комар разогнался до энергии летящего грузовика) протоны и ядра гелия, словно сговорившись, резко меняют свой темп. Их потоки слабеют на одной и той же «жёсткости» — мере того, насколько частица сопротивляется магнитному полю.
Долгое время считалось, что главные «дирижёры» этого оркестра — взрывы сверхновых и мощные ветры от отдельных массивных звёзд. Но когда учёные попробовали воспроизвести мелодию в компьютере, выяснилось: сольные партии звёзд не подходят. Каждая звезда, как капризный солист, задаёт свой ритм — протоны и гелий у неё «ломаются» на разных нотах. А нужен унисон. Решение нашлось в коллективном поведении звёздных скоплений. Там, где рождаются сотни и тысячи звёзд, их ветры сливаются в единый мощный поток. Этот общий «хор» перемешивает частицы от звёзд разного возраста и массы, и в итоге протоны и гелий получают одинаковую жёсткость излома.
Так родилась новая модель, похожая на трёхчастную симфонию. В диапазоне ГэВ–ТэВ (энергий, которые мы видим в повседневных приборах) солируют остатки сверхновых. В ТэВ-диапазоне вступают ветры отдельных звёзд. А на подходе к «колену» — тому самому излому в районе ПэВ — главную партию ведут коллективные ветры скоплений. Эта модель не только объясняет уже увиденное, но и предсказывает, что будет дальше. Например, углерод и кислород (ядра чуть тяжелее гелия) должны показать такое же упрочнение спектра около 0,5 ПВ, как и гелий. А вот магний, более тяжёлый элемент, в диапазоне десятков ТэВ такого трюка не повторит.
Проверить эти предсказания смогут всё та же LHAASO и космический детектор DAMPE. Если данные совпадут, мы получим не просто красивую теорию, а настоящую карту того, как звёздные «оркестры» управляют самыми энергичными частицами во Вселенной. И тогда станет яснее, где прячутся те загадочные ускорители — ПэВатроны, — что разгоняют частицы до энергий, в миллион раз превышающих возможности Большого адронного коллайдера. А пока мы слушаем эту музыку сфер и учимся различать в ней партии каждого инструмента.
Энергия 4 ПэВ, при которой ломается спектр, примерно равна энергии летящего теннисного мяча, но сжатой в одно-единственное атомное ядро.
В романе Айзека Азимова «Сами боги» инопланетяне используют разницу в физических законах, чтобы получать энергию, — чем-то похоже на то, как астрофизики «ловят» частицы из далёких звёздных скоплений, чтобы понять устройство Галактики.