Чёрная дыра Млечного Пути извергает космические лучи

Загадочные высокоэнергетические частицы (протонов, электронов и атомных ядер), известные как космические лучи, не имеют какого-либо явного источника. Долгое время учёные считали, что космические лучи внутри нашей галактики появляются в ходе взрыва сверхновых, но новое исследование указывает на второй источник — сверхмассивную чёрную дыру в центре Млечного Пути.

Нерешённая загадка науки

Отметим, что космические лучи представляют собой загадку для астрономов, потому что они движутся не прямолинейно через пространство. Частицы в потоках, пересекающих пространство Вселенной, имеют заряд и, следовательно, сильно отклоняются магнитными полями, которые пронизывают нашу галактику.

Их путь через космос сильно искажён этими отклонениями, так что почти невозможно выяснить, откуда пришли конкретные частицы. На протяжении более чем века происхождение космических лучей остаётся одной из самых больших и "долгоиграющих" загадок науки.

Тут, впрочем, стоит добавить, что установить источник космических лучей всё же можно, хотя и косвенным образом. Космические лучи взаимодействуют со светом и газом рядом с их источниками, производя гамма-лучи. Гамма-излучение движется прямолинейно, не отклоняется из-за магнитных полей, и, соответственно, его происхождение можно выяснить.

Когда высокоэнергетические гамма-лучи достигают Земли, они взаимодействует с молекулами в верхних слоях атмосферы и производят "ливень" вторичных частиц. Последние излучают короткие импульсы черенковского излучения. Обнаружение таких "вспышек света" с помощью телескопов с большими зеркалами, чувствительными фотодетекторами и быстрой электроникой помогло учёным в течение последних трёх десятилетий выявить более ста источников гамма-излучения очень высокой энергии.

Поэтому сегодня астрономы знают, что космические лучи с энергией примерно 100 тераэлектронвольт (1014 эВ) производятся в нашей галактике такими объектами, как остатки сверхновых и пульсарные туманности.

Но теоретические аргументы и прямые измерения космических лучей, достигающих Земли, указывают, однако, на то, что в нашей Галактике должны встречаться космические лучи с частицами с энергией до одного петаэлектронвольта (1015 эВ). Но поиск источников галактических космических лучей высокой энергии до сих пор не увенчался успехом.

Новые данные

Более десяти лет обсерватория H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) в Намибии составляла карты центра нашей галактики, опираясь на данные по приходящему гамма-излучению со сверхвысокой энергией.

Подробный анализ последних данных H.E.S.S. впервые выявил источник космических лучей с энергией, никогда прежде не регистрируемой в пределах Млечного Пути. И, судя по всему, источником является сверхмассивная чёрная дыра, сидящая в центре нашей галактики. Она, вероятно, ускоряет космические лучи до энергии, которая в 100 раз провещает энергию, достигаемую в самых мощных земных ускорителях частиц. Например, в Большом адронном коллайдере.

Детальные наблюдения галактического центра при помощи H.E.S.S. помогли учёным обнаружить в нём объект, который ускоряет частицы до энергии в ПэВ. Сначала учёные выявили мощный источник гамма-лучей в центре Галактики. Затем они обнаружили, что рассеянное гамма-излучение, исходящее от гигантских молекулярных облаков, которые окружают центр на расстоянии порядка 250 световых лет.

Эти молекулярные облака бомбардируются космическими лучами, движущимися почти со скоростью света. В результате взаимодействия с веществом в облаке производятся гамма-лучи. Однако учёные не знают до конца природу самого источника, и могут только строить предположения.

В центре Млечного Пути есть много объектов, которые могут производить космические лучи высокой энергии, включая, в частности, остатки сверхновой звезды, пульсарных туманностей и компактных скоплений массивных звёзд. Однако, сверхмассивная черная дыра, находящаяся в центре Галактики, является наиболее вероятным источником, считают астрофизики.

В конечном счёте, ответ на этот вопрос в будущем, возможно, даст новый черенковский детектор (Cherenkov Telescope Array), который станет самым большим и чувствительным гамма-телескопом в мире.

Данные 10-летнего исследования H.E.S.S. были опубликованы в научном журнале Nature.