Происхождение космических лучей поставлено под сомнение


Science.
Published online March 3, 2011. doi:10.1126/science.1199172 (США).

Считается, что космические лучи — заряженные частицы сверхвысоких энергий, приходящие к Земле со всех направлений из космических далей, — это ядра гелия и водорода, разогнанные до релятивистских скоростей в мощных магнитных полях, порожденных взрывами сверхновых. Однако новые данные, собранные российской орбиталь¬ной обсерваторией PAMELA (Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics), заставляют усомниться в этом механизме ускорения легких ядер, до сих пор наиболее популярном объяснении происхождения космических лучей.

Согласно существующим представлениям, взрывы сверхновых создают в расширяющейся оболочке сверхновой и в межзвездной среде ударные волны. Эти потоки ионизированного газа генерируют мощные магнитные поля, которые, в свою очередь, разгоняют альфа-частицы и протоны до релятивистских скоростей и выбрасывают их в межзвездное пространство.

В течение трех лет орбитальная обсерватория PAMELA регистрировала частицы космических лучей, в основном ядра водорода и гелия, с энергиями в диапазоне от 10^{9} до 10^{12} электронвольт, что сравнимо с энергиями протонов в самом мощном наземном ускорителе. В отличие от наземных детекторов, орбитальная обсерватория могла регистрировать протоны и альфа-частицы по отдельности. Это позволило построить энергетические спектры (распределения частиц по энергиям) для каждого из этих видов частиц, и они оказались различными! Но магнитные поля ударных волн должны ускорять эти два вида частиц одинаково, поэтому объяснить это расхождение, предполагая, что они ускорялись в одной и той же ударной волне, невозможно.

Различие в наклоне энергетических спектров позволяет предполагать разные механизмы ускорения для протонов и альфа-частиц и искать иные астрономические объекты как возможные источники космических лучей. Так, это могут быть взрывы новых звезд (т.е. меньшие по мощности энерговыделения термоядерные взрывы на белых карликах) или пузыри горячего ионизированного газа, надуваемые истечением вещества из массивных горячих звезд.

Однако не все астрофизики согласны с тем, что традиционное объяснение механизма ускорения частиц космических лучей должно быть отброшено. Различие в спектрах хоть и статистически значимо, но невелико и может объясняться приходом частиц от разных сверхновых с разной мощностью магнитных полей и разным соотношением водорода и гелия в оболочках сверхновых или же пространственными неоднородностями ударной волны от одной и той же сверхновой.