Terzan 5 раскрывает секреты космических лучей и магнитных полей; крупный прорыв в астрофизике

В новаторском исследовании, опубликованном сегодня в Nature Astronomy, исследователи использовали уникальные характеристики плотного звездного скопления Терзан 5, чтобы пролить новый свет на поведение космических лучей и магнитных полей, которые влияют на их пути. Эта небесная лаборатория, расположенная в регионе галактики, который в настоящее время быстро движется в космосе, предоставила беспрецедентную возможность измерить, как космические лучи изменяют свои траектории из-за колебаний межзвездных магнитных полей.

Происхождение космических лучей

Космические лучи, высокоэнергетические частицы, перемещающиеся в космосе почти со скоростью света, давно привлекают внимание ученых с момента их открытия австро-американским физиком Виктором Гессом в 1912 году. Наблюдения Гесса показали, что уровень радиации увеличивается с высотой, даже во время солнечных затмений, что указывает на то, что эти лучи приходят из-за пределов земной атмосферы. Это открытие положило начало новому этапу в понимании источников радиации, отличая космические лучи от радиоактивных излучений, обнаруженных на Земле.

Несмотря на то, что они были открыты более века назад, точное происхождение и поведение космических лучей остаются частично загадочными. Эти частицы, включающие атомные ядра и элементарные частицы, такие как протоны и электроны, подвержены отклонению магнитными полями. Этот феномен затрудняет отслеживание их происхождения, так как их траектории становятся нерегулярными при встрече с этими полями, подобно тому, как старые мониторы с электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ) использовали магнитные поля для управления электронами.

Терзан 5

Терзан 5, шаровое звездное скопление, расположенное недалеко от галактического центра, сыграло важную роль в продвижении наших знаний о космических лучах. Это скопление, содержащее большое количество миллисекундных пульсаров — высоко намагниченных нейтронных звезд, быстро вращающихся — ускоряет космические лучи до экстремальных скоростей. Хотя эти космические лучи не достигают Земли напрямую из-за магнитных отклонений, их наличие определяется по гамма-лучам, возникающим при столкновении космических лучей с фотонами звездного света. В отличие от космических лучей, гамма-лучи не подвержены воздействию магнитных полей и движутся по прямой линии к Земле.

Интересный аспект Терзана 5 заключается в наблюдаемом смещении гамма-лучей относительно ожидаемых позиций звезд в скоплении. Обнаруженное в 2011 году, это смещение озадачивало астрономов, пока не появилось новое объяснение. В настоящее время Терзан 5 находится на быстрой и широкой орбите, периодически удаляясь от галактической плоскости. Когда скопление погружается через галактику со скоростью в сотни километров в секунду, оно создает магнитный «хвост», аналогичный хвосту кометы в солнечном ветре.

Путешествие Терзана 5 на Землю

Космические лучи, испускаемые Терзаном 5, первоначально путешествуют вдоль этого магнитного хвоста. Поскольку хвост не направлен в сторону Земли, гамма-лучи, производимые этими космическими лучами, проецируются вдали от нашей линии зрения. Однако, из-за магнитных колебаний, траектории этих космических лучей в конечном итоге изменяются, и некоторые из них начинают направляться к Земле. Этот процесс, занимающий около 30 лет, приводит к тому, что гамма-лучи кажутся смещенными по отношению к самому скоплению, так как они исходят из области, расположенной примерно в 30 световых годах от него.

Это открытие позволило ученым впервые измерить время, необходимое для того, чтобы магнитные колебания изменили направления космических лучей. Это измерение имеет важное значение для проверки теорий о межзвездных магнитных полях и их колебаниях, приблизив ученых к пониманию космического излучения, впервые обнаруженного более века назад Виктором Гессом. Через призму Терзана 5 астрофизики получили ценные знания о динамических взаимодействиях между космическими лучами и магнитными полями нашей галактики, что стало значительным достижением в области астрофизики.