Ученые проникли в тайны внутренней структуры гамма-всплесков

В новом исследовании ученые «заглянули» внутрь самых мощных взрывов во Вселенной – гамма-всплесков. Эти редкие взрывы происходят, когда сверхмассивные звезды взрываются как сверхновые. Мощные магнитные поля звезды направляют большую часть энергии взрыва в два мощных плазменных джета, по одному на каждый магнитный полюс. Эти джеты рассеивают в космическом пространстве высокоэнергетические частицы, движущиеся со скоростями, близкими к скорости света.

На Земле мы регистрируем такие частицы как гамма-лучи. Исследователи также подозревают – хотя до настоящего времени это не было убедительно доказано — что гамма-всплески являются источником по крайней мере некоторой части космических лучей и нейтрино, бомбардирующих нашу планету из космоса.

В настоящее время физики из Университета штата Огайо, США, во главе с Маурицио Бустаманте попытались разобраться во внутренней структуре гамма-всплесков. Ученые построили подробную компьютерную модель процессов, протекающих при развитии гамма-всплеска, которая позволила им изучать происхождение тех или иных частиц, регистрируемых в дальнейшем на Земле.

В своей работе исследователи показали, что внутренняя структура гамма-всплеска неоднородна. В самом начале джета концентрация частиц в нем максимальна, и «осколками», образующимися в результате столкновений между частицами в этой части джета, будут в основном нейтрино. Ближе к середине джета концентрация частиц станет ниже, и здесь в роли «осколков» будут выступать в основном космические лучи. В самой дальней части джета столкновения частиц будут приводить преимущественно к испусканию гамма-лучей.

Из гипотезы, выдвигаемой исследователями, следует, что поток нейтрино, идущий со стороны гамма-всплесков, должен быть значительно менее мощным, чем предполагалось ранее. Потоки нейтрино такой плотности на современном этапе развития технологий наблюдений этих частиц недоступны измерению, поэтому для проверки своих предположений ученые ждут строительства детекторов нейтрино следующего поколения, например, таких как IceCube-Gen-2.

Работа была опубликована онлайн в журнале Nature Communications.