Молочний Шлях ховає прискорювач протонів енергії людських меж

17 липня 2026 р. 20:32

17 липня 2026 р. 20:32

Уявіть прискорювач частинок, потужніший за Великий адронний колайдер, і він не на Землі, а десь у нашому ж Чумацькому Шляху. Саме такий природний “космічний колайдер” астрономи змогли виокремити: джерело LHAASO J1912+1014u, описане в матеріалі Scienmag , виявилося найенергійнішим відомим у Галактиці прискорювачем протонів класу PeVatron.

Що відомо коротко

• Міжнародна команда під керівництвом університету Хіросіми виявила найпотужніший протонний PeVatron у Молочному Шляху.
• Джерело LHAASO J1912+1014u випромінює гамма-промені з енергіями понад 0,1 петаелектрон-вольта (0,1 PeV).
• Аналіз показав, що воно розганяє протони до енергій близько 10 ¹⁵ електрон-вольт і вище.
• Висновок спирається на поєднання даних Fermi-LAT, радіотелескопа Nobeyama (FUGIN) та рентгенівської обсерваторії Chandra .
• Результати вказують на адронний сценарій : протони взаємодіють з міжзоряним газом і породжують гамма-промені.

Чому енергії PeV здаються майже «неможливими»

Космічні промені — це здебільшого протони й частково електрони, які летять крізь міжзоряний простір з шаленими швидкостями. Їхня енергія часто значно вища, ніж те, чого можуть досягти найпотужніші лабораторні прискорювачі на кшталт Великих колайдерів.

Найцікавіший діапазон для астрофізиків — це рівень близько петаелектрон-вольта (PeV) , тобто 10 ¹⁵ електрон-вольт. Для уявлення: це як стиснути енергію бейсбольного м’яча, що летить на великій швидкості, в одну-єдину елементарну частинку. Знайти об’єкт, здатний так розганяти протони, — одна з головних загадок сучасної астрофізики.

Парадокс у тому, що Молочний Шлях явно наповнений космічними променями таких енергій, але конкретні «двигуни» , які їх створюють, довгий час лишалися невидимими. Астрономи бачили наслідок, але не могли впевнено вказати на «винуватця».

Як космічний прискорювач видає себе через гамма-промені

LHAASO J1912+1014u вперше привернув увагу вчених у спостереженнях експерименту Tibet AS gamma, а згодом — великої китайської установки Large High Altitude Air Shower Observatory ( LHAASO ). Обидві обсерваторії зафіксували надзвичайно енергійні гамма-промені вище 0,1 PeV , серед яких були й ті, що надходили саме від цього об’єкта.

Гамма-промені тут відіграють роль свого роду «відбитків пальців» космічних променів. Зазвичай вони несуть лише близько однієї десятої енергії своїх «батьківських» частинок. Отже, якщо ми бачимо гамма-промені з енергіями близько 0,1 PeV, це натякає, що протони, які їх породили, можуть мати енергію близько 1 PeV чи навіть більше.

Однак довести, що перед нами саме протонний PeVatron, дуже складно. На цих надвисоких енергіях і електрони можуть генерувати гамма-промені в близьких діапазонах, а кутова роздільна здатність сучасних гамма-обсерваторій не завжди дозволяє чітко відрізнити різні сценарії.

Три «стріли» проти електронного сценарію

Прорив стався тоді, коли дослідники не обмежилися лише даними гамма-телескопів. Команда використала підхід з «трьома стрілами», об’єднавши кілька незалежних наборів спостережень, щоб «загнати в кут» альтернативні пояснення.

По-перше, було залучено дані Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT) , який спостерігає гамма-промені у діапазоні енергій від сотень мільйонів електрон-вольт (GeV) до значно вищих значень. Спектр випромінювання від LHAASO J1912+1014u виявився дивовижно плавним і безперервним — він простягається від понад 100 трильйонів електрон-вольт (TeV–PeV діапазон) аж до близько 400 мільйонів електрон-вольт. Така безперервність важко пояснюється моделлю, де головну роль відіграють лише електрони.

По-друге, геометрія випромінювання. Просторова картина GeV-гамма-променів добре збігається з розподілом міжзоряного газу, який було відтрасовано за допомогою радіоданих огляду FUGIN , отриманих 45-метровим радіотелескопом Nobeyama. Це саме те, чого слід очікувати, якщо протони врізаються в міжзоряний газ, спричиняючи зіткнення й народження гамма-променів — тобто реалізується адронний сценарій.

По-третє, у гру вступила рентгенівська обсерваторія Chandra . Вона показала лише слабке дифузне рентгенівське випромінювання від цієї області. Для моделей із домінуванням електронів зазвичай очікується значно потужніший рентгенівський «сліп», тож такий результат ще більше стискає простір для електронного пояснення.

Об’єднавши ці «три стріли» — спектр GeV-гамма-променів, карту газу з радіоспостережень і рентгенівські обмеження — команда дійшла висновку, що найпослідовніша картина полягає у тому, що LHAASO J1912+1014u активно розганяє протони до PeV-енергій.

Навіщо нам знати, де народжуються наденергійні частинки

Космічні промені — це не просто «шум» на фоні Всесвіту. Вони впливають на еволюцію галактик, хімічний склад міжзоряного середовища та навіть на умови в околицях планетарних систем. Розуміння того, де й як вони виникають, допомагає скласти більш повну картину фізики нашої Галактики.

Те, що вдалося переконливо ідентифікувати галактичний PeVatron , означає перехід від абстрактних припущень до конкретних об’єктів, які можна детально вивчати. Тепер астрономи можуть перевіряти свої теорії прискорення частинок не «в середньому по Галактиці», а на реальному прикладі.

Автори роботи зазначають, що в Молочному Шляху є ще десятки кандидатів у PeVatron’и. Надалі подібні багатохвильові підходи — об’єднання даних у гамма-, радіо- та рентгенівському діапазонах — дозволять систематично тестувати ці джерела і, можливо, відкрити новий «зоопарк» космічних прискорювачів.

Цікаві факти

• 🤯 В енергетичному сенсі гамма-промінь зазвичай несе лише приблизно одну десяту енергії космічного променя, що його породив.
• ✨ LHAASO J1912+1014u виявили одразу дві наземні установки з повітряними ливнями частинок — Tibet AS gamma та LHAASO.
• 🌌 Результат базується на багатохвильовому аналізі — від радіохвиль до рентгенів і надвисокоенергійних гамма-променів, що робить висновок значно надійнішим.

FAQ

Це вже остаточний доказ існування протонного PeVatron’а в Молочному Шляху?

Дослідження переконливо свідчить, що LHAASO J1912+1014u є джерелом протонів PeV-енергій, оскільки альтернативні електронні сценарії виглядають енергетично та спостережно менш правдоподіб

Наука