Открытие в астрофизике

Группе европейских астрономов, работающих в германском городе Гейдельберг, и их коллегам из международного проекта HEGRA (High Energy Gamma-Ray Astronomy – высокоэнергетическая гамма-лучевая астрономия), в состав которой входят армянские ученые Ф.Агаронян, А.Ахперджанян, А.Белгарян и Р.Мирзоян, удалось обнаружить новый неидентифицированный супервысокоэнергетический источник гамма-излучения в нашей Галактике.

Источник, обозначенный как TeV J2032+4130, обнаружен с помощью системы телескопов наземного базирования. Эта система – Imaging Atmosphere Cherenkov Telescope System – состоит из пяти телескопов и предназначена для того, чтобы улавливать вторичное излучение, производимое высокоэнергетическими частицами, взаимодействующими с земной атмосферой. Сама по себе методика исследования и уникальная установка – результат сотрудничества немецких, испанских и армянских ученых.
В результате удалось достичь улучшенной реконструкции начальной частицы гамма-излучения, входящей в атмосферу. Система способна идентифицировать направление приходящего гамма-кванта с точностью свыше 0,1DG.
Используя эту систему, удалось подтвердить открытие высокоэнергетического источника гамма-излучения, которое было сделано несколько лет назад.
В обозначении TeV J2032+4130 буквы TeV относятся к энергетическому диапазону источника, это сокращение от «тераэлектронвольт» (ТэВ) означает, что энергия источника имеет порядок триллиона 1012 эВ. А номер J2032+4130 обозначает позицию источника на небе.
Открытие TeV J2032+4130 представляет большой научный интерес, поскольку подобные высокоэнергетические источники в нашей Галактике чрезвычайно редки, большинство их находится за пределами Млечного пути. К тому же особая интрига заключается в том, что данный источник не сопровождается никакими сопутствующими эффектами в других длинах волн, и даже в рентгеновском диапазоне ничего в этой области неба не обнаруживается.
Новая находка заставляет вернуться к недавнему открытию еще одного мощного неидентифицированного источника, позволяя говорить о новом классе высокоэнергетических источников гамма-излучения неизвестной природы.
В общем потоке космических частиц гамма-излучение можно выделить за счет того, что, в отличие от нейтральных гамма-квантов, заряженные частицы приходят в земную атмосферу изотропно со всех направлений.
Траектории заряженных частиц космических лучей в ходе их путешествия к Земле преломляются под воздействием галактических и межгалактических магнитных полей, «забывая» таким образом свое изначальное направление. Напротив, гамма-лучи как незаряженные частицы не испытывают воздействия магнитных полей и к Земле следуют прямым путем, сохраняя таким образом важнейшую информацию о породивших их источниках. Проверяя, прибывает ли данная порция излучения с одного-единственного направления или со всех направлений разом, можно отличить, чем она вызвана – заряженными космическими частицами или гамма-лучами.
Наблюдения в области гамма-излучения сверхвысоких энергий посредством наземных установок проводятся начиная с 60-х годов ХХ века. А на протяжении последнего десятилетия были основаны сразу несколько наземных обсерваторий, перед которыми ставилась задача по обнаружению гамма-излучения из самого верхнего энергетического диапазона.
Принцип действия у всех подобных установок один и тот же – регистрируется вторичное излучение, которое возникает при взаимодействии высокоэнергетических (и обладающих высокой проникающей способностью) гамма-квантов с земной атмосферой (то есть в качестве «рабочего вещества» используется окружающий нас воздушный океан). Речь идет о так называемом черенковском излучении (излучение Черенкова - Вавилова, эффект открыт в 1934 году советскими учеными).
Источником этих скоротечных (продолжительностью в миллиардные доли секунды) слабых голубоватых вспышек являются частицы, движущиеся в земной атмосфере со скоростями, превышающими скорость света в воздухе (которая немного ниже, чем скорость света в вакууме). Этот эффект чем-то напоминает сверхзвуковой удар, который возникает, если самолет летит со сверхзвуковой скоростью.
Одной из первых около десяти лет назад была построена стереоскопическая система обнаружения высокоэнергетических гамма-лучей, состоящая из пяти одинаковых телескопов, рассматривающих одни и те же события с немного разных углов и «отбраковывающих» те, что порождаются заряженными частицами.
TeV J2032+4130 имеет очень интересные особенности. Гамма-кванты, испускаемые TeV J2032+4130, оказались в числе наиболее энергетически эффективных фотонов, когда-либо наблюдаемых землянами.
И с наибольшей вероятностью он расположен в пределах нашей собственной Галактики. В число других (очень немногих) «местных» источников чрезвычайно высокоэнергетических гамма-квантов входит сам галактический центр и всем известная Крабовидная туманность – остаток взрыва сверхновой. В обоих случаях соответствующие источники довольно сильно излучают также и в рентгеновском диапазоне, что позволяет говорить о наличии там ускоренных электронов.
В противоположность этому TeV J2032+4130 не имеет никаких «дублеров» на других длинах волн, и (что особенно странно) их нет даже в «соседнем» рентгеновском диапазоне. Отсутствие (или, по крайней мере, чрезвычайно низкий уровень) рентгеновского излучения TeV J2032+4130 свидетельствует о том, что испускание гамма-лучей в этом случае является результатом взаимодействия ускоренных космических лучей с локальным окружающим веществом.
TeV J2032+4130 расположен в области чрезвычайно активного звездообразования в созвездии Лебедя, содержащей большое количество рентгеновских источников и источников низкоэнергетического гамма-излучения.
Для объяснения «буйства» TeV J2032+4130 группа HEGRA вела поиск объектов, которые могли бы ускорять космические частицы до достаточно высоких энергий. В качестве подобных ускорителей могут выступать остатки сверхновых, расширяющиеся газовые оболочки, которые представляют собой наружные слои взорвавшихся звезд. Однако никакого подходящего остатка сверхновой звезды обнаружить в этой области не удалось.
Ученые высказали предположение, что TeV J2032+4130 может быть связан с ассоциацией звезд Cygnus (Лебедь) OB2. Ассоциация OB – это группа очень горячих и массивных молодых звезд (OB ее называют потому, что такие звезды относятся, как правило, к спектральным классам O и B). Ассоциация Cygnus OB2, как считают, снабжает энергией весь этот регион через интенсивные звездные ветры, исходящие от ее звезд.
Выявлением источника TeV J2032+4130 с помощью достаточно длительной экспозиции (приблизительно 200 часов) HEGRA продемонстрировала принципиальные возможности стереоскопической методики наземного обнаружения очень высокоэнергетических гамма-лучей. А вот следующее поколение наземных приборов подобного типа способно находить подобные источники уже в течение всего лишь нескольких часов.
Обнаружение неидентифицированного источника ТэВ-диапазона позволяет надеяться, что, по видимости, при дальнейшем развитии технологии наблюдений будет обнаружен целый новый класс высокоэнергетических источников гамма-излучения пока еще неизвестной природы.

По материалам
информационных агентств