Обнаружены самые сильные гамма-лучи, когда-либо зафиксированной от мертвой звезды

Ученые, работающие с обсерваторией HESS в Намибии, обнаружили гамма-лучи самой высокой энергии, когда-либо зафиксированные от пульсара, мертвой звезды. Энергия этих гамма-лучей достигла 20 тераэлектронвольт, что превосходит энергию видимого света примерно в десять триллионов раз. Это наблюдение вызывает сомнения в согласованности с текущей теорией образования импульсных гамма-лучей, как сообщает международная группа ученых в журнале Nature Astronomy.

Пульсары представляют собой остатки звезд, которые взорвались в событиях суперновых. После взрыва остается крошечная мертвая звезда, диаметр которой составляет всего около 20 километров. Эта звезда вращается с очень высокой скоростью и обладает огромным магнитным полем.

"Эти мертвые звезды практически полностью состоят из нейтронов и обладают невероятной плотностью: чайная ложка их материала весит более пяти миллиардов тонн, что примерно в 900 раз больше массы Великой пирамиды в Гизе", — объясняет Эмма де Она Вильхельми, ученый из HESS и соавтор исследования, работающая в DESY.

Пульсары излучают лучи электромагнитного излучения, похожие на космические маяки, из-за своего вращения. Если такой луч проходит через нашу Солнечную систему, мы видим вспышки радиации через регулярные интервалы времени. Эти вспышки, также называемые импульсами излучения, могут быть обнаружены в различных энергетических диапазонах электромагнитного спектра. Ученые считают, что быстрые электроны, рождающиеся и ускоряющиеся в магнитосфере пульсара, играют роль в этом излучении, путешествуя к его периферии. Магнитосфера состоит из плазмы и электромагнитных полей, окружающих звезду и вращающихся вместе с ней.

"В процессе своего путешествия эти электроны набирают энергию и излучают ее в виде наблюдаемых лучей излучения", — соавтор исследования Бронек Рудак из Астрономического центра Николая Коперника (CAMK PAN) в Польше.

Пульсар Вела, находящийся в созвездии Вела (Парус Корабля) на южном небе, является самым ярким пульсаром в радиодиапазоне электромагнитного спектра и самым ярким источником космических гамма-лучей в диапазоне гигаэлектронвольт (ГэВ). Он вращается примерно одиннадцать раз в секунду. Однако при энергиях выше нескольких ГэВ его излучение внезапно прекращается, возможно, потому что электроны достигают предела магнитосферы пульсара и покидают ее.

Однако с использованием тщательных наблюдений с помощью HESS был обнаружен новый компонент излучения с еще более высокой энергией, достигающей десятков тераэлектронвольт (ТэВ).

"Это примерно в 200 раз энергичнее, чем все ранее обнаруженное излучение от этого объекта", — соавтор исследования Кристо Вентер из Северо-Западного университета в Южной Африке.

Эта очень высокоэнергетическая компонента проявляется в тех же фазовых интервалах, что и наблюдаемая в ГэВном диапазоне. Однако для достижения таких энергий электронам, возможно, приходится путешествовать даже дальше, чем магнитосфера, и структура вращательного излучения должна оставаться неизменной.

"Этот результат вызывает сомнения в наших предыдущих знаниях о пульсарах и требует пересмотра того, как работают эти естественные ускорители. Традиционная модель, основанная на том, что частицы ускоряются вдоль силовых линий магнитного поля внутри или непосредственно за пределами магнитосферы, не может объяснить наши наблюдения достаточно убедительно. Возможно, мы наблюдаем ускорение частиц с использованием так называемого процесса магнитного пересоединения за пределами светового цилиндра, который до сих пор каким-то образом сохраняет структуру вращения? Но даже этот сценарий сталкивается с трудностями при объяснении происхождения такого экстремального излучения", — соавтор исследования Араче Джаннати-Атаи из лаборатории астрочастиц и космологии (APC) во Франции.

Несмотря на все неясности, пульсар Вела теперь официально удерживает рекорд как пульсар с самыми высокоэнергичными гамма-лучами, обнаруженными до настоящего момента.

"Это открытие имеет большие перспективы для поиска других пульсаров в диапазоне десятков тераэлектронвольт с использованием современных и будущих более чувствительных гамма-телескопов, что позволит лучше понять процессы экстремального ускорения в сильно намагниченных астрофизических объектах", — сказал Джаннати-Атаи.