В энергии космических лучей обнаружена закономерность: правило 15 триллионов электрон-вольт

Космические лучи, открытые более ста лет назад, продолжают ставить ученых в тупик. Эти высокоэнергетические частицы зарождаются в самых мощных источниках Вселенной — пульсарах, взрывах сверхновых, джетах черных дыр. Международный проект DAMPE, созданный для изучения частиц темной материи, обнаружил важную закономерность в распределении первичных ядер космических лучей — от протонов до ядер железа.

Основная масса космических лучей — протоны. Но в их потоке летят и ядра гелия, углерода, кислорода, железа. Энергия частиц варьируется от нескольких миллиардов электрон-вольт до тысяч миллиардов и выше. Международная команда исследователей обнаружила: после определенного энергетического уровня количество частиц падает не плавно, а резко.

Этот эффект называют «спектральным размягчением». Он происходит при жесткости около 15 триллионов электрон-вольт. Жесткость — это способность частицы сопротивляться отклонению магнитным полем. Чем выше жесткость, тем прямее летит частица.

Одинаковая закономерность жесткости обнаружена для разных типов ядер — от легчайшего протона до массивного железа. Это с высокой достоверностью — 99,999 процента — опровергает альтернативные модели, построенные на отношении энергии к нуклону, то есть энергии, деленной на количество протонов и нейтронов в ядре.

Открытие приближает ученых к пониманию происхождения и движения космических лучей. Результаты накладывают новые ограничения на теории ускорения частиц в самых экстремальных астрофизических условиях и улучшают модели их движения через межзвездную среду.

Возможно также, что в спектр космических лучей вносит вклад темная материя. Авторы исследования надеются, что будущие астрономические наблюдения помогут отличить сигналы астрофизических источников от возможных сигналов темной материи. Команда продолжает анализ данных телескопа DAMPE для более точного измерения спектров тяжелых ядер.

Области космических пустот — войды, где нет галактик, звезд, пыли и газа, — наполнены фундаментальными квантовыми полями. Они обладают небольшим, но реальным количеством энергии вакуума. Там, где нет ничего другого, эта энергия становится доминирующей. И именно она, по утверждению одного из космологов, ответственна за расширение Вселенной.

Вопрос, который остается: если пустота не пуста, а наполнена энергией, и если космические лучи подчиняются строгому правилу, которого не замечали сто лет, то сколько еще скрытых закономерностей ждут своего открытия в пространстве, которое считалось изученным?