Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Новые тайны космических лучей

Астрономы, участвующие в российском эксперименте НУКЛОН, обнаружили новые явления в физике галактических космических лучей.

Участники российского эксперимента по исследованию космических лучей с помощью орбитальной обсерватории космических лучей НУКЛОН представили результаты первого года работы. Исследование опубликовано в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP). Препринт работы можно посмотреть на сайте arxiv.org. В состав команды исследователей входит 9 российских организаций во главе с Научно-исследовательским институтом ядерной физики имени Д.В. Скобельцына (НИИЯФ) МГУ.

Российским астрономам удалось измерить энергетические спектры основных ядер различных химических элементов (p, He, C, O, Ne, Mg, Si и Fe) в составе космических лучей до недостижимых ранее энергий. Но самое интересное, что анализ этих спектров указал на существование целого ряда новых явлений, которые не вписываются в современные представления о механизмах ускорения космических лучей до гигантских энергий и их распространения сквозь Галактику. Возможно, они приведут к уточнению этих представлений.

Галактические космические лучи (ГКЛ) представляют собой потоки заряженных частиц с очень высокими скоростями и соответственно энергиями, пронизывающие межзвездное пространство. Они несут важную информацию о наиболее энергичных процессах во Вселенной. Поэтому их исследование – одна из важных задач современной астрономии. Основной характеристикой космических лучей служат их спектры энергий, представляющие собой зависимости интенсивности (мощности потока) космических лучей от энергии составляющих их частиц.

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

Математически измеренные в широчайшем диапазоне энергий (примерно от 1010 эВ до 1020 эВ на частицу) спектры имеют вид, довольно близкий к убывающей степенной функции с показателем приблизительно от 2.5 до чуть больше 3, изменяющимся на протяжении этого энергетического диапазона. Такие спектры называют степенными.

В начале 1960-х годов В.Л. Гинзбург и С.И. Сыроватский показали, что основные характерные особенности поведения космических лучей, включая полную энергетику и степенной спектр энергий, хорошо согласуются с предположением, что основным источником ГКЛ являются оболочки взрывов сверхновых звезд.

В конце 1970-х это предположение было подкреплено теорией ускорения заряженных частиц на фронте ударной волны расширяющейся оболочки сверхновой Г.Ф. Крымского и А.Р. Белла. А совсем недавние исследования астрофизиков МФТИ позволили объяснить поведение спектра на высоких энергиях подобными процессами в Пузырях Ферми.

Хотя эксперимент NUCLEON находится на начальной стадии, и результаты до сих пор носят предварительный характер, уже можно с уверенностью сказать, что его данные дают многочисленные указания на существование различных нестандартных явлений в физике космических лучей, которые проявляются в нарушении степенного закона энергетических спектров. Кроме того, обнаружены различия спектров протонов и гелия, тяжелых ядер и ядер железа и др.

Возможно, часть из открытых явлений могут быть объяснены уже известными теоретикам механизмами. Так, различие между спектрами тяжелых ядер и ядер железа может быть частично связано с эффектами распространения ГКЛ в  так называемых «суперпузырях» - распространяющихся в межзвездной среде остатков гибнущих звезд. Однако обсуждение этих явлений только начинается.

Найдены и совершенно новые эффекты, например, разрывы некоторых спектров при определенных энергиях, которые еще требуют подтверждения. Поэтому обсуждение их физической природы даже не началось. Эти явления расположены в слабо исследованном диапазоне энергий от 10 ТэВ до нескольких сотен ТэВ на частицу, которые стали доступны только в эксперименте НУКЛОН. Исследователи надеются уточнить результаты в ходе дальнейших исследований. Ожидается, что орбитальная обсерватория НУКЛОН будет работать в космосе не менее пяти лет.

Стоит отметить еще один важный момент в эксперименте НУКЛОН. Разработанные и испытанные в его ходе технические решения и приобретенный опыт будут использованы при планировании будущих космических миссий. Ведь перед разработчиками стояла непростая задача создания научной аппаратуры относительно небольшого веса (менее 500 кг) и габаритных размеров (менее 1 м3), способной решать задачи экспериментальной физики космических лучей в широком диапазоне энергий.

Для справки. Научная аппаратура НУКЛОН размещена на борту  космического аппарата Ресурс-П №2 выведенного на орбиту в конце декабря 2014 года. В январе-феврале 2015 года она успешно прошла летные испытания и начала набор научной информации.

По материалам пресс-службы МГУ

Автор: Алексей Понятов

Источник: Наука и жизнь (nkj.ru)

Статьи по теме