"Горячие точки" дальнего космоса

Американские ученые составили карту пространственного распределения космических лучей в Южной полусфере, основываясь на данных наблюдений антарктической обсерватории IceCube. Как выяснилось, это излучение не является однородным: в космосе существуют "горячие точки", откуда на Землю бьют наиболее мощные потоки энергии. От чего же это зависит?

Фото: Фото: AP

Обсерватория IceCube занимается в основном регистрацией астрофизических нейтрино. Для их обнаружения используются модули, оснащенные фотоэлектронными умножителями и нанизанные на "нити", которые устанавливаются на глубине от 1450 до 2450 метров в толще льда, занимающего объем около одного кубического километра. Каждая такая "нить" объединяет около 60 устройств.

Читайте также: Гроза может создавать антимиры

Как правило, нейтрино свободно проходят сквозь лед, но иногда вступают во взаимодействие с нуклонами, что способствует возникновению заряженных частиц. Если их скорость превышает фазовую скорость распространения света во льду, то они испускают черенковское излучение. Речь идет о так называемом эффекте Вавилова — Черенкова — свечении, вызываемом в прозрачной среде заряженными частицами, движущимися со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде. Черенковское излучение активно используется в физике высоких энергий для регистрации релятивистских частиц и определения их скоростей. Эти частицы и способны уловить фотоумножители.

Основную сложность для выделения нейтрино представляет фон из других видов излучения. Значительную часть его составляют мюоны — короткоживущие заряженные частицы, образующиеся путем взаимодействия высокоэнергетичных протонов космического излучения с молекулами газов в земной атмосфере. Именно на мюонном фоне строилась первая версия карты космических энергий, созданная около года назад. Тогда были использованы данные, собранные за 2007-2008 годы 22 установленными во льду "нитями".

"Космические лучи считаются источником шума, — говорит один из участников проекта, Раша Аббаси из Висконсинского университета в Мэдисоне. — Однако регистрация миллиардов фоновых событий тоже, оказывается, может приносить пользу".

Новая версия, представленная недавно на собрании Американского физического общества в Анахайме, базируется на измерениях, выполненных с мая 2009-го по май прошлого года при помощи 59 "нитей". По словам ученых, она является более точной, чем предыдущая. За это время аппаратурой было зарегистрировано около 32 миллиардов мюонов, пришедших из космоса.

Фото: AP

Основной сюрприз для исследователей заключается в том, что космическое излучение, доходящее до Земли, оказывается, далеко не однородно. Из одних небесных областей энергетически заряженные частицы приходят к нам гораздо чаще, чем из других. На полученной карте отчетливо выделяются области большей и меньшей интенсивности энергетического потока. Такие же "горячие точки" были найдены ранее и в Северном полушарии. Они были зафиксированы в гига- и тераэлектронвольтовом диапазонах обсерваториями Milagro (Лос-Аламос, Нью-Мексико) и Tibet Air Shower (Тибетский автономный район Китая).

Причины такой неоднородности пока остаются загадкой. Еще в 1935 году астрофизики Комптон и Геттинг предположили, что данный эффект может быть следствием движения Солнечной системы относительно центра нашей Галактики. Но последние исследования этого не подтвердили. Наиболее популярная теория связана с воздействием магнитных полей или расположенных неподалеку источников излучений.

В частности, одна из таких "горячих точек" расположена близ остатков сверхновой звезды в южном созвездии Парусов. Такие объекты действительно могут сильно "фонить", так как появлению сверхновой предшествует взрыв, способствующий выделению огромного количества энергии.

Однако, поскольку сверхновая в созвездии Парусов находится на расстоянии более 800 световых лет от Земли, судить о том, связано ли излучение именно с ней, достаточно сложно. К тому же, под воздействием магнитных полей частицы обычно меняют свои траектории.

"Сейчас мы, конечно, можем предлагать какие-то модели, но нам не хватает информации о магнитных полях", — констатирует Раша Аббаси. В дальнейшем, уверяет он, карта космических излучений еще будет уточняться.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"