Краб, расправляющий клешни: как размер туманности выдаёт протоны ✛ ✎

Оригинал: "Energy-dependent extension of the Crab Nebula as a diagnostic of ultrahigh-energy hadronic emission"
arXiv:2608.25497v1 · 2026-08-26 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
На сверхвысоких энергиях Крабовидная туманность раздувается в шесть раз сильнее, чем предсказывают модели с одними электронами, — и это след протонов.

В 1054 году в созвездии Тельца вспыхнула звезда. Свет от её гибели был так ярок, что её видели днём почти месяц — китайские астрономы записали это в хроники. Сегодня на том месте расползается Крабовидная туманность, и её клешни — это облака газа, которые до сих пор разгоняет мёртвая звезда в центре. Она делает тридцать оборотов в секунду и швыряет в пространство частицы с такой силой, что те светятся, как раскалённая проволока.

Долгое время считалось, что весь этот свет рождают электроны — лёгкие частицы, которые крутятся в магнитном поле туманности. Но когда телескопы измерили размер свечения на разных энергиях, выяснилась странность: чем выше энергия, тем шире кажется туманность. Электроны так себя не ведут. Они должны были бы оставаться в узком жгуте, а не расползаться, как тесто на сковороде.

Энергия гамма-квантов от Краба достигает 1,1 петаэлектронвольта — это в сто миллиардов раз больше, чем у рентгеновского снимка в больнице.

Чтобы объяснить раздувание, в расчёты добавили протоны — частицы в две тысячи раз тяжелее электронов. Протон, разогнанный до огромной скорости, врезается в обычное вещество туманности и рождает частицу-посредника, которая тут же рассыпается на два гамма-кванта. Эти кванты разлетаются в стороны, и туманность в их свете выглядит крупнее. Получилась модель-гибрид: электроны отвечают за низкие энергии, протоны — за высокие.

На энергии в 400 тераэлектронвольт вклад протонов и электронов сравнивается, а выше — протоны почти полностью вытесняют электроны.

Проверка получилась наглядной. Чисто электронная модель даёт на предельной энергии размер в шесть раз меньше, чем гибридная. Если будущие телескопы увидят, что Краб на таких энергиях действительно раздувается до полутора угловых минут (это примерно одна двадцатая диска Луны), — значит, протоны там есть. И значит, взрывы звёзд умеют разгонять не только лёгкие частицы, но и тяжёлые кирпичики вещества.

Краб снова расправляет клешни. На этот раз — в гамма-лучах. И по тому, насколько широко они раскинуты, мы сможем судить, какие частицы вырвались из сердца взрыва.

Крабовидная туманность — остаток сверхновой 1054 года, которую наблюдали китайские и арабские астрономы. Её пульсар вращается 30 раз в секунду, а энергия, запасённая в его магнитном поле, сравнима с энергией взрыва сверхновой.

Учёные
James JeansEmile ClapeyronErnest RutherfordClaude-Louis NavierGeorge Gabriel StokesLeonhard Euler
Понятия
крабовидная туманность пульсарный ветер туманность пульсарного ветра сверхвысокоэнергичный гамма-квант излом звезда Вольфа–Райе тераэлектронвольт обитаемость красных карликов дисперсионное соотношение