Вчені знайшли джерело невидимого потоку енергії з космосу

Кожної секунди крізь ваше тіло, не залишаючи й сліду, проноситься близько ста трильйонів нейтрино — примарних частинок, народжених у надрах далеких зірок та поблизу чорних дірок. Ми буквально купаємось у невидимому потоці енергії, що прибуває з самих глибин Всесвіту. І хоча ці частинки нешкідливі, вони лише вісники набагато могутніших явищ. Разом із ними на Землю обрушується шквал «важкої артилерії» — космічних променів. Це справжня космічна загадка, якій уже більше століття, і, здається, астрофізики з Мічиганського державного університету нарешті знайшли важливу зачіпку.

Підозрювані: кого ми шукаємо?

Що таке космічні промені? Якщо говорити просто, це субатомні частинки (переважно протони та ядра атомів), розігнані до швидкостей, близьких до світлової. Але це сухе визначення не передає всієї їхньої могутності. Енергія однієї такої частки може в мільйони разів перевищувати те, чого ми здатні досягти на найпотужніших земних прискорювачах, на зразок Великого адронного колайдера.

Уявіть собі космічний катаклізм такої сили, що він вистачає протон і жбурляє його крізь галактику з немислимою енергією. Саме ці природні «прискорювачі» вчені намагаються знайти. Їм навіть дали помітну назву — ПеВатрон, тому що вони розганяють частинки до енергій в петаелектронвольти (ПеВ). Це астрономічна величина, одиниця із п’ятнадцятьма нулями.

Довгий час на лаві «підозрюваних» знаходився стандартний набір космічних важкоатлетів: наднові, що вибухають, області бурхливого народження зірок і, звичайно, околиці надмасивних чорних дірок. Всі вони мають достатню силу, але прямих доказів — «відбитків пальців» на місці злочину — не вистачало. Ми бачили «кулі» (самі промені), але не могли з упевненістю вказати на «зброю».

Прорив у справі: стовбур пульсара, що димить

І ось тут починається найцікавіше. Група вчених під керівництвом Шо Чжан вирішила підійти до питання як справжні детективи. Використовуючи дані високогірної обсерваторії LHAASO в Китаї, вони націлилися на одне із загадкових джерел, яке активно «стріляло» частинками надвисоких енергій. Але його природа залишалася таємницею. Щоб заглянути всередину цього джерела, команда використовувала рентгенівський зір — космічний телескоп XMM-Newton. І те, що вони побачили, змінило картину. Джерелом виявився не вибух наднової та не чорна діра. То справді був плеріон — туманність, яку надує зоряний вітер від пульсара.

Дозвольте пояснити. Пульсар — це надщільний, шалено обертається залишок колись масивної зірки. Справжній зірковий труп. Він випускає потужне випромінювання і потоки частинок (той самий «вітер»), які, врізаючись у навколишній газ, створюють гігантський міхур, що світиться з релятивістських електронів і позитронів. Виявилося, що цей киплячий котел і є той самий ПеВатрон — фабрика з виробництва космічних променів.

Чому так важливо? Тому що це один із рідкісних випадків, коли вченим вдалося не просто припустити, а з високою точністю ідентифікувати природу космічного прискорювача. Це вже не непрямий доказ, а стовбур, що майже димить.

Картографуючи незвідане: терпляча робота слідства

Але на одному успіху велика наука не будується. У паралельному дослідженні інша частина команди, що примітно, троє студентів взялася за не менш важливу, хоч і менш ефектну роботу. Їхньою метою було не так знайти щось яскраве, як встановити «верхні межі» випромінювання. Мовою детективів це звучить так: «Ми не знайшли тут відбитків, але ми точно знаємо, що злочинець не носив черевики 45-го розміру і не курив сигари». Встановлюючи, наскільки тьмяним може бути джерело в рентгенівському діапазоні, вчені відсікають невірні теорії та звужують коло пошуків для майбутніх, потужніших телескопів.

Це фундаментальна, копітка робота, яка створює карту для майбутніх відкриттів. Саме так, крок за кроком і розгадуються найбільші наукові таємниці.

Що далі?

Тепер, озброївшись новими даними, команда Шо Чжан готується до наступного етапу. Їхня амбітна мета — об’єднати дані з абсолютно різних світів:

• Світло: спостереження рентгенівських та гамма-телескопів, які бачать високоенергетичне випромінювання.
• Частинки: дані наземних обсерваторій типу LHAASO, які ловлять самі космічні промені.
• Нейтрино: інформація від таких гігантів, як антарктична обсерваторія IceCube, яка полює на ті самі примарні частки.

Цей підхід відомий як багатоканальна астрономія — передній край сучасної науки. Він подібний до того, як для розкриття складної справи поліція використовує одночасно відео з камер, аудіозаписи та аналіз ДНК. Тільки поєднавши всі докази, можна отримати повну картину. Вчені хочуть зрозуміти, чому одні ПеВатрон випускають нейтрино, а інші ні. Відповідь це питання може приховувати у собі нові, ще невідомі нам закони фізики. Так що наступного разу, коли ви подивіться на нічне небо, пам’ятайте: воно не порожнє і не безмовне.