За более чем 7 лет работы наземной обсерватории HAWC для слежения за космическими лучами учёные обнаружили 98 мощнейших гамма-лучей за всю историю наблюдения за нашей галактикой. Частицы предположительно пришли от одного источника, происхождение которого остаётся неизвестным. В месте ожидаемого рождения частиц с рекордно высокой энергией нет видимых источников, способных придать частицам зарегистрированное ускорение.
Центр Млечного Пути в инфракрасном и радиодиапазоне. Источник изображения: Judy Schmidt/Flickr, CC BY 2.0
В 2015 году в Мексике вступил в строй весь массив детекторов обсерватории HAWC (High Altitude Water Cherenkov experiment или, по-русски, Высокогорный эксперимент по поиску эффекта Черенкова). Это массив из трёх сотен чанов с почти двумя сотнями тонн воды с высочайшей степенью очистки. Почти сто лет назад — в 1934 году — советские физики Павел Черенков и Сергей Вавилов открыли эффект слабого свечения в жидкости при взаимодействии с гамма-излучением. Гамма-лучи выбивали электроны и разгоняли их до скоростей, превышающих скорость света в воде, что вызывало свечение.
Детекторы HAWC используют этот принцип для регистрации космических лучей на Земле. Сами гамма-частицы не долетают до поверхности планеты. Детекторы регистрируют продукты их распада (взаимодействия) с частицами атмосферы. По следам разлёта можно вычислить энергию исходных гамма-частиц и примерную область неба, откуда они прилетели.
Часто высокоэнергетические частицы связывают с понятием природного ускорителя — певатрона. Это сочетание понятий петаэлектронвольт и ускорение. Это тот уровень энергий, выше которого регистрируемые частицы могут иметь внегалактическое происхождение (они способны преодолевать галактические магнитные поля и покидать галактику). В то же время в нашей галактике есть источники частиц с энергией, близкой к ПэВ, а значит, и наши родные певатроны. Например, таковым считается Крабовидная туманность — останки взорвавшейся тысячу лет назад сверхновой.
В общем случае певатроном — сверхускорителем частиц — могут быть нейтронные звёзды, чёрные дыры, вспышки сверхновых и другие объекты и явления с мощными магнитными полями. Сложность их обнаружения заключается в том, что магнитные поля искривляют траектории частиц. Но это также служит источником данных о мощных физических явлениях во Вселенной, чего невозможно достичь в лабораторных условиях на Земле.
Неизвестный источник мощнейших гамма-лучей в центре нашей галактики получил название HAWC J1746-2856. Все 98 случаев регистрации его излучений превысили энергию 100 ТэВ. «Эти результаты позволяют заглянуть в центр Млечного Пути с энергией на порядок выше, чем когда-либо наблюдалось ранее», — поясняют физики.