При помощи установки Tibet air shower array ученые зафиксировали атмосферные ливни частиц, порожденные попаданием фотонов с энергией выше 100 тераэлектронвольт, прилетевших от Крабовидной туманности. Зарегистрированные события стали первым примером настолько высокоэнергетических квантов света от известного источника, а не в составе космических лучей, происхождение которых в большинстве случае до конца не установлено, пишут авторы в статье, принятой к публикации в журнале Physical Review Letters, препринт доступен на сайте arXiv.org.
С атмосферой Земли постоянно сталкиваются прилетающие из космоса частицы. Это могут быть как фундаментальные, так и составные частицы различной природы, порожденные разнообразными источниками (например, Солнцем) и обладающие энергией из огромного диапазона. Обычно наиболее высокоэнергетические события относятся к космическим лучам — потокам частиц, прилетающим со всех направлений. В большинстве случаев их источник обнаружить не удается, но отдельные отождествления были, в том числе со сверхновыми и активными ядрами галактик.
Такие частицы при взаимодействии с атомными ядрами в верхних слоях атмосферы порождают каскад реакций, который приводит к появлению большого количества вторичных частиц — атмосферному ливню. Некоторые из них достигают поверхности Земли и могут быть зарегистрированы. Так как изначальное соударение происходит на большой высоте, то порождаемые одной высокоэнергетической частицей «осколки» могут накрывать площадь в сотни квадратных километров.
Одним из наиболее интенсивных известных источников частиц является Крабовидная туманность — остаток сверхновой 1054 года, внутри которой находится пульсар. В частности, у нее детектируется электромагнитное излучение от радио до экстремально жесткого гамма диапазона с предельной энергией в несколько десятков тераэлектронвольт.
Регистрация атмосферного ливня от фотона с энергией 251 ТэВ. Цвет показывает относительно время, размер кружков — плотность частиц. Красная стрелка показывает восстановленное изначальное направление движения фотона.
M. Amenomori et al. / Physical Review Letters, 2019
Регистрация была проведена при помощи наземных сцинтилляционных детекторов и подземных мюонных детекторов, которые улавливают черенковское излучение вторичных мюонов. В данный момент такие детекторы установки Tibet air shower array обладают суммарной площадью в 3400 квадратных метров. Различие между фотонами и массивными частицами космических лучей проводилось по количеству генерируемых мюонов — фотон сравнимой энергии порождает намного меньше мюонов.
В этом году начались наблюдения на самом чувствительном детекторе космических лучей, также расположенном в Китае. В прошлом году впервые удалось найти источник нейтрино сверхвысоких энергий, которым оказался блазар. Космические лучи влияют не только на Землю, но и на другие тела: недавно ученые доказали, что цвет спутника Юпитера Европы определяется, в том числе, высокоэнергетическими частицами.
Тимур Кешелава
Оценили 11 человек
16 кармы