Гибридный оркестр ПэВатрона: симфония частиц на пределе ✦

‹›

В сердце Галактики, на расстоянии около 7 тысяч парсеков, скрывается настоящий природный ускоритель. Это нейтронная звезда с бешеным вращением — пульсар PSR J1849-0001, оставшийся после взрыва сверхновой. Полвека назад их открыла Джоселин Белл Бернелл, а ещё раньше предсказал Фриц Цвикки. Долгое время пульсары считались просто космическими маяками. Но этот экземпляр оказался способен на большее. Его гамма-излучение, зафиксированное обсерваторией LHAASO, достигает 2 петаэлектронвольт — энергии, в двести раз превышающей возможности Большого адронного коллайдера. Такой объект называют ПэВатроном, и он напрямую связан с загадкой происхождения самых энергичных космических лучей.

Представьте оркестр, где вместо скрипок и труб — элементарные частицы, а композитор сам пульсар. Его ветер раздувает вокруг плерион — светящуюся туманность, космическую оркестровую яму. Здесь электроны, разогнанные почти до скорости света, начинают свою партию: они рассеивают кванты реликтового микроволнового фона — древнего послесвечения Большого взрыва. Этот обратный комптон-эффект рождает гамма-излучение вплоть до нескольких ТэВ. Но для самых высоких нот — тех самых 2 ПэВ — нужны другие инструменты. На сцену выходят протоны — тяжёлые ядерные частицы, ускоренные в том же плерионе. Они покидают туманность и врезаются в массивное облако молекулярного водорода по соседству, рождая каскады нейтральных пионов, которые мгновенно распадаются на гамма-кванты. Так рождается гибридная симфония — электроны и протоны играют в унисон, заполняя весь спектр от рентгена до предела.

Как убедиться, что перед нами дуэт, а не соло? Доказательства собраны методами спектроскопии и фотометрии — измерений потоков на разных длинах волн. Чисто электронная модель фальшивит на высоких нотах, требуя неестественного обрезания спектра, а чисто протонная недобирает громкость в самом ярком гамма-всплеске. Гибридный сценарий, напротив, звучит чисто и попадает точно в ноты: самое жёсткое излучение пространственно совпадает с водородным облаком. Магнитное поле в туманности — всего 4 микрогаусса, словно оркестровая яма, которая не даёт музыкантам разбежаться, но и не сковывает их движений.

Открытие заставляет пересмотреть роль старых пульсарных туманностей в наполнении Галактики космическими лучами. Возможно, именно такие гибридные ПэВатроны, а не молодые остатки сверхновых, доминируют в области излома спектра — загадочного «колена» при энергиях около 3 ПэВ. Следующий шаг — ловля нейтринного эха. Если адронные процессы идут полным ходом, нейтринные телескопы вроде NEON уловят безмассовых посланников, подтверждая, что пульсар играет на двух инструментах сразу. И, возможно, галактический фон космических лучей — это не шум, а многоголосая симфония таких гибридных оркестров, разбросанных по Млечному Пути. Тогда мы получим универсальный ключ к поиску других природных суперколлайдеров.