- 26,314
- 46
- 8 Ноя 2022
Наблюдения LHAASO и рентгеновские данные намекают, что в туманности пульсарного ветра работает неизвестный механизм ускорения.
На высоте, где воздух уже почти не держит дыхание, китайская обсерватория LHAASO поймала космический источник на почти невозможном трюке. Из обычного на вид звездного остатка к Земле пришли гамма-кванты с энергией порядка одного петаэлектронвольта. Для астрофизики такой сигнал звучит как вызов: природа будто разогнала частицы сильнее, чем разрешают нынешние модели.
Источник находится в созвездии Орла и связан с пульсаром PSR J1849-0001. Вокруг пульсара сформировалась так называемая туманность пульсарного ветра, облако сверхбыстрых заряженных частиц, которое питается энергией вращения мертвой звезды. Обычно такие объекты хорошо изучены и не сулят больших сюрпризов. Главным эталоном долгие годы оставалась Крабовидная туманность, один из самых известных природных ускорителей частиц в нашей галактике.
PSR J1849-0001, на первый взгляд, не тянет на рекордсмена. Мощность пульсара примерно в 50 раз ниже, чем у двигателя Крабовидной туманности. По всем стандартным представлениям, более слабый пульсар должен создавать и более тусклую, и менее энергичную туманность. Наблюдения LHAASO показали прямо противоположную картину.
Обсерватория регистрирует не сами гамма-кванты, а каскады вторичных частиц в атмосфере Земли. Когда гамма-излучение сверхвысокой энергии врезается в верхние слои атмосферы, рождается целый «ливень» частиц. По форме и параметрам такого ливня ученые восстанавливают энергию и направление исходного сигнала. Именно таким способом команда выяснила, что туманность вокруг PSR J1849-0001 испускает гамма-кванты с энергетическим спектром, который тянется вплоть до 2 петаэлектронвольт.
Но главная интрига даже не в абсолютной энергии, а в эффективности. Светимость объекта в диапазоне PeV оказалась в несколько раз выше, чем у Крабовидной туманности, хотя сам пульсар заметно слабее. Фактически астрономы нашли космический ускоритель частиц, который работает лучше, чем предсказывают лучшие теоретические схемы.
Чтобы понять природу аномалии, исследователи объединили данные LHAASO с рентгеновскими наблюдениями. Такой подход помог оценить внутренние свойства туманности, включая магнитные поля и плотность частиц. Расчеты показали, что система работает как минимум на уровне 27 процентов от теоретического предела эффективности в идеальных магнитогидродинамических условиях. Для сравнения, у Крабовидной туманности оценка составляет около 16 процентов. Из-за неожиданной «производительности» авторы назвали объект Aquila Booster, то есть «Ускоритель в Орле».
Дальше начинается самое интересное. В классической модели частицы набирают энергию на так называемой терминальной ударной волне, где ветер пульсара сталкивается с окружающим веществом. Для PSR J1849-0001 такой механизм уже не сходится с наблюдениями. Если объяснять результаты только привычной схемой, эффективность должна превысить 100 процентов, а такой результат физически невозможен. Значит, в туманности действует какой-то другой механизм ускорения, который современная теория пока не описывает.
Новая работа бьет сразу по нескольким представлениям об экстремальной астрофизике. Если сравнительно скромный пульсар способен разгонять частицы до таких энергий и делать это настолько эффективно, туманности пульсарного ветра могут оказаться куда более мощными и распространенными фабриками космических частиц, чем считалось раньше. Заодно открытие показывает, что в моделях ускорения частиц в экстремальных условиях остается серьезный пробел.
Авторы исследования призывают не спешить с окончательными выводами. Оценка эффективности зависит от того, как именно устроена внутренняя структура туманности, а такие параметры еще предстоит уточнить. Ответ должны дать новые наблюдения в разных диапазонах и более чувствительные приборы следующего поколения. Пока же PSR J1849-0001 выглядит как редкий и очень неудобный для теории объект, который заставляет астрофизиков пересматривать привычные правила. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.
На высоте, где воздух уже почти не держит дыхание, китайская обсерватория LHAASO поймала космический источник на почти невозможном трюке. Из обычного на вид звездного остатка к Земле пришли гамма-кванты с энергией порядка одного петаэлектронвольта. Для астрофизики такой сигнал звучит как вызов: природа будто разогнала частицы сильнее, чем разрешают нынешние модели.
Источник находится в созвездии Орла и связан с пульсаром PSR J1849-0001. Вокруг пульсара сформировалась так называемая туманность пульсарного ветра, облако сверхбыстрых заряженных частиц, которое питается энергией вращения мертвой звезды. Обычно такие объекты хорошо изучены и не сулят больших сюрпризов. Главным эталоном долгие годы оставалась Крабовидная туманность, один из самых известных природных ускорителей частиц в нашей галактике.
PSR J1849-0001, на первый взгляд, не тянет на рекордсмена. Мощность пульсара примерно в 50 раз ниже, чем у двигателя Крабовидной туманности. По всем стандартным представлениям, более слабый пульсар должен создавать и более тусклую, и менее энергичную туманность. Наблюдения LHAASO показали прямо противоположную картину.
Обсерватория регистрирует не сами гамма-кванты, а каскады вторичных частиц в атмосфере Земли. Когда гамма-излучение сверхвысокой энергии врезается в верхние слои атмосферы, рождается целый «ливень» частиц. По форме и параметрам такого ливня ученые восстанавливают энергию и направление исходного сигнала. Именно таким способом команда выяснила, что туманность вокруг PSR J1849-0001 испускает гамма-кванты с энергетическим спектром, который тянется вплоть до 2 петаэлектронвольт.
Но главная интрига даже не в абсолютной энергии, а в эффективности. Светимость объекта в диапазоне PeV оказалась в несколько раз выше, чем у Крабовидной туманности, хотя сам пульсар заметно слабее. Фактически астрономы нашли космический ускоритель частиц, который работает лучше, чем предсказывают лучшие теоретические схемы.
Чтобы понять природу аномалии, исследователи объединили данные LHAASO с рентгеновскими наблюдениями. Такой подход помог оценить внутренние свойства туманности, включая магнитные поля и плотность частиц. Расчеты показали, что система работает как минимум на уровне 27 процентов от теоретического предела эффективности в идеальных магнитогидродинамических условиях. Для сравнения, у Крабовидной туманности оценка составляет около 16 процентов. Из-за неожиданной «производительности» авторы назвали объект Aquila Booster, то есть «Ускоритель в Орле».
Дальше начинается самое интересное. В классической модели частицы набирают энергию на так называемой терминальной ударной волне, где ветер пульсара сталкивается с окружающим веществом. Для PSR J1849-0001 такой механизм уже не сходится с наблюдениями. Если объяснять результаты только привычной схемой, эффективность должна превысить 100 процентов, а такой результат физически невозможен. Значит, в туманности действует какой-то другой механизм ускорения, который современная теория пока не описывает.
Новая работа бьет сразу по нескольким представлениям об экстремальной астрофизике. Если сравнительно скромный пульсар способен разгонять частицы до таких энергий и делать это настолько эффективно, туманности пульсарного ветра могут оказаться куда более мощными и распространенными фабриками космических частиц, чем считалось раньше. Заодно открытие показывает, что в моделях ускорения частиц в экстремальных условиях остается серьезный пробел.
Авторы исследования призывают не спешить с окончательными выводами. Оценка эффективности зависит от того, как именно устроена внутренняя структура туманности, а такие параметры еще предстоит уточнить. Ответ должны дать новые наблюдения в разных диапазонах и более чувствительные приборы следующего поколения. Пока же PSR J1849-0001 выглядит как редкий и очень неудобный для теории объект, который заставляет астрофизиков пересматривать привычные правила. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
