Астрономы отыскали самый мощный в Млечном Пути природный ускоритель космических лучей

Наземный черенковский телескоп HAWC обнаружил самый мощный в Млечном Пути природный ускоритель космических лучей — им оказалось молодое звездное скопление внутри сверхпузыря «Кокон Лебедя». Предполагается, что за ускорение протонов до энергий 10–1000 тераэлектронвольт могут отвечать столкновения мощных звездных ветров. Статья опубликована в журнале Nature.

Если построить энергетический спектр всех компонентов космических лучей, то можно заметить несколько изломов, один из которых (названный физиками «коленом») находится в районе нескольких петаэлектронвольт. Астрофизиков уже давно интересует природа «колена», которое близко к предельным возможностям земных ускорителей частиц. Считается, что источники подобных частиц (певатроны) должны находится в пределах Млечного Пути и могут быть остатками сверхновых, пульсарами, скоплениями молодых звезд или областью вблизи центра Млечного Пути, где находится сверхмассивная черная дыра. Однако процесс поиска конкретных источников высокоэнергетических частиц космических лучей достаточно трудоемок и на сегодняшний день данных наблюдений крайне мало.

Группа астрономов во главе с Петрой Хуэнтемейер (Petra Huentemeyer) из Мичиганского технологического университета сообщила о регистрации гамма-квантов с энергиями 1–100 тераэлектронвольт от области звездообразования в Млечном Пути, известной как «Кокон Лебедя» (Cygnus Cocoon), при помощи телескопа HAWC (High-Altitude Water Cherenkov), которая фиксирует черенковское излучение от вторичных частиц, возникающих при взаимодействии космических лучей с атмосферой Земли.

«Кокон Лебедя» представляет собой сверхпузырь вокруг региона активного формирования массивных звезд, диаметром около 180 световых лет, которая находится на расстоянии 4,6 тысяч световых лет от Солнца в созвездии Лебедя. Она содержит два молодых звездных скопления Cygnus OB2 и NGC 6910.

Ученые пришли к выводу, что регистрируемые гамма-кванты порождаются протонами космических лучей с энергиями 10–1000 тераэлектронвольт, которые исходят от скопления Cygnus OB2. Предполагается, что ускорение частиц идет внутри сверхпузыря и может быть связано со столкновениями мощных звездных ветров, кроме того, «Кокон Лебедя» может также испускать высокоэнергетические нейтрино в ходе бета-распада ионов, образованных в результате взаимодействия протонов космических лучей с межзвездным газом.

Таким образом, данная область может считаться самым мощным из известных природных ускорителей частиц в нашей галактике. Ожидается, что будущие наблюдения за гамма-квантами высоких энергий при помощи обсерваторий SWGO (Southern Wide-field Gamma-ray Observatory) и LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory) дадут больше данных наблюдений, которые можно будет использовать для определения вклада других звездных скоплений в галактические космические лучи.