Исследование было завершено в сотрудничестве с LHAASO под руководством профессора Дж . Цао Чжэнь - представителя Института физики высоких энергий Китайской академии наук. Д-р Гао Чуандун, д-р Ли Конг, проф. Лю Руоюй и проф. Ян Жуйжи являющимся соавтором статьи.
Космические лучи - это заряженные частицы из космоса, в основном состоящие из протонов. Происхождение космических лучей является одним из важнейших вопросов современной астрофизики. Измерения космических лучей за последние десятилетия выявили разрыв в энергетическом спектре около 1 ПэВ (т. Е. Распределение количества космических лучей в зависимости от энергии частиц), который называется "коленом" энергетического спектра космических лучей из-за его формы, напоминающей коленный сустав.
Ученые полагают, что космические лучи с энергией ниже "колена" исходят от астрофизических объектов в пределах Млечного Пути, и существование "колена" также указывает на то, что энергетический предел для ускорения протонов от большинства источников космических лучей в Млечном Пути составляет около нескольких ПэВ. Однако происхождение космических лучей в области "колена" до сих пор остается неразгаданной тайной и одной из самых интригующих тем в исследованиях космических лучей за последние годы.
LHAASO обнаружила гигантскую структуру пузырька гамма-излучения сверхвысоких энергий в области звездообразования Лебедя, с множеством фотонов, превышающих 1 ПэВ внутри структуры, с наивысшей энергией, достигающей 2,5 ПэВ, что указывает на наличие внутри пузыря суперускорителя космических лучей, который непрерывно ускоряет частицы космических лучей высоких энергий с энергией до 20 ПэВ и выбрасывает их в межзвездное пространство.
Эти космические лучи высокой энергии сталкиваются с межзвездным газом и производят гамма-лучи. Интенсивность этих гамма-фотонов четко коррелирует с распределением окружающего газа, и массивное звездное скопление (ассоциация OB, Cygnus OB2) вблизи центра пузыря является наиболее многообещающим кандидатом для ускорителя суперкосмических лучей. Cygnus OB2 состоит из множества молодых, горячих, массивных звезд с температурой поверхности, превышающей примерно 35 000 ° C (звезды типа O) и 15 000 ° C (звезды типа B).
Светимость излучения этих звезд в сотни-миллионы раз превышает солнечную, а огромное радиационное давление сдувает поверхностный материал звезд, образуя динамические звездные ветры со скоростью до тысяч километров в секунду. Столкновение звездных ветров с окружающей межзвездной средой и сильное столкновение звездных ветров создали идеальные места для эффективного ускорения частиц.
Это первый обнаруженный на данный момент ускоритель суперкосмических лучей. Ожидается, что с увеличением времени наблюдений LHAASO обнаружит больше ускорителей суперкосмических лучей и, надеюсь, разгадает тайну происхождения космических лучей в Млечном Пути.
Наблюдение LHAASO также показало, что суперускоритель космических лучей внутри пузыря значительно увеличивает плотность космических лучей в окружающем межзвездном пространстве, намного превышая средний уровень космических лучей в Млечном Пути. Пространственное распространение превышения плотности даже превышает наблюдаемый диапазон пузырьков, обеспечивая возможное объяснение превышения диффузного гамма-излучения из плоскости Галактики, ранее обнаруженного LHAASO.
Профессор. Елена Амато, астрофизик из Итальянского национального института астрофизики (INAF), подчеркнула влияние открытия на происхождение космических лучей в целом. Она также прокомментировала, что это открытие "не только влияет на наше понимание диффузного излучения, но и имеет очень важные последствия для нашего описания переноса космических лучей (КЛ) в галактике".
LHAASO - ключевая научно-технологическая инфраструктура, специализирующаяся на исследованиях космических лучей, расположенная на высоте 4410 метров на горе Хайцзы в уезде Даочэн провинции Сычуань, Китай. Это составная матрица, состоящая из наземной матрицы площадью один квадратный километр, 5216 детекторов электромагнитных частиц и 1188 мюонных детекторов, водной матрицы черенковских детекторов площадью 78 000 квадратных метров и 18 широкоугольных черенковских телескопов.
LHAASO был завершен в июле 2021 года и после этого начал высококачественную и стабильную работу. Это самое чувствительное устройство обнаружения гамма-излучения сверхвысокой энергии в мире. Установка находится в ведении Института физики высоких энергий и использует универсальную модель международного сотрудничества для обеспечения открытого обмена платформами установки и данными наблюдений. В настоящее время 32 отечественных и зарубежных астрофизических исследовательских института стали участниками международного сотрудничества LHAASO, насчитывающего примерно 280 членов.
Источник: Science Bulletin, Китайская академия наук
На изображении:
Спектральное распределение энергии пузыря Лебедя и результаты подгонки модели.
Автор: профессор. Cao et al.
Дополнительные материалы
