Космические лучи высоких энергий не связаны с гамма-всплесками

Находящаяся в Антарктиде нейтринная обсерватория IceCube недвусмысленно дала понять, что гамма-вспышки — наиболее энергетически активные объекты в известной Вселенной — не являются вероятным источником космических лучей высоких энергий.

Космические лучи, обнаруженные в начале прошлого века, очень долго были большой загадкой. Они состоят из протонов (89%), гелия (9%) и электронов (1%). Энергии, характеризующие их, колеблются от мега- до зеттаэлектронвольт (1021).

Ясно, что самые низкоэнергетические космические лучи обеспечиваются Солнцем и другими звёздами Галактики, а частицы среднего энергетического диапазона, видимо, образуются при взрывах сверхновых. Пробел начинается в области космических лучей высоких и ультравысоких энергий. Так, не очень ясно, откуда берутся протоны высоких энергий — а они дают почти 90% космической радиации. Всё что имеет более квадриллиона электронвольт пришло бог весть откуда.

В 2007 году в Обсерватории им. Пьера Оже были зарегистрированы космические лучи, которые по своему направлению указывали на то, что они происходят из центра Млечного Пути, где подозревается наличие сверхмассивной чёрной дыры. Однако дальнейшие наблюдения показали, что это был случайный разовый всплеск, а основная масса космических лучей идёт вовсе не оттуда.

IceCube, нейтринная обсерватория, находящаяся на более чем километровой глубине в Антарктиде, для непрямого обнаружения источника космических лучей высоких энергий использовала нейтрино. При этом предполагалось, что источники космической радиации — те же гамма-всплески, выбросы энергии взрывного характера, наблюдаемые в отдалённых галактиках в самой жёсткой части электромагнитного спектра. Это была логичная, но, похоже, ложная гипотеза.

В тяжёлом положении оказались и физики. Дело в том, что нейтрино образуются при тех взаимодействиях, которые теоретически должны отвечать за гамма-всплески. А значит, гамма-всплескам должны соответствовать потоки нейтрино из тех же областей неба. Вот только их там столько же, сколько и там, где гамма-всплесков нет.

Разумеется, в астрофизике имелся и альтернативный (хотя и не слишком популярный) подход к вопросу об источнике космических лучей высоких энергий. Экзотические частицы тёмной материи, по мысли приверженцев этой теории, взаимодействовали между собой, теряли энергию и, следовательно, порождали нейтрино и космическое излучение. Это направление ещё можно охарактеризовать как «концы в воду», поскольку при существующих средствах наблюдения найти неизлучающие частицы тёмной материи весьма непросто.

Но теперь и это направление (из-за недавних безуспешных поисков тёмной материи в Млечном Пути) оказалось в сложной ситуации: если тёмная материя неравномерно распределена в Галактике, то и космические лучи с нейтрино должны прибывать неравномерно с разных сторон, чего не наблюдается.

Самая большая проблема в том, что, кроме активного ядра галактик и гамма-квазаров, мы не знаем никаких источников, могущих хотя бы теоретически породить такое излучение. А значит, мы в упор не видим какого-то массового и чрезвычайно энергетически мощного класса объектов, который должен быть равномерно распределён по Вселенной.

Вариантов всего три: или данные нейтринного детектора IceCube неверны, или наше понимание процессов в гамма-квазарах ошибочно, или нам нужно пересматривать физическую парадигму.

Наземная часть IceCube, одного из самых необычных исследовательских проектов последнего десятилетия (фото Michael Ashley).

Подготовлено по материалам The Conversation.

www