|
Источниками космических лучей - потоков частиц высокой энергии, которые постоянно «бомбардируют» Землю, - являются не только взрывы сверхновых звезд. Таковы новые результаты, полученные международным коллективом исследователей эксперимента PAMELA - научного аппарата, установленного на российском спутнике «Ресурс-ДК».
В 1912 году австрийский физик Виктор Франц Гесс в ходе экспериментов на воздушном шаре обнаружил, что ионизации молекул воздуха возрастает с высотой. Это стало первым доказательством существования космических лучей - частиц высокой энергии, приходящих на Землю из космического пространства. Согласно общепринятым представлениям основным источником космических лучей являются взрывы сверхновых звезд (небольшой вклад вносит и Солнце). При попадании в атмосферу этот поток создает так называемое вторичное излучение, которое образуется в результате взаимодействия высокоэнергичных космических частиц с ядрами воздуха. В атмосфере Земли рождаются практически все известные элементарные частицы (вторичное излучение).
До создания мощных ускорителей заряженных частиц космические лучи были единственным источником частиц высоких энергий. Однако и до сих пор частицы с самыми большими энергия наблюдаются только в космических лучах.
Изучение потока космических лучей проводится разными приборми и способами. Эффективным методом исследования космических лучей является проведение экспериментов на космических аппаратах. В течение почти четырех лет успешно выполняется международный эксперимент PAMELA (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics). В середине 2006 года спектрометр PAMELA, созданный учеными из Италии, России, Германии и Швеции, был выведен на орбиту на борту российского спутника «Ресурс-ДК».
В 2009 году команда эксперимента PAMELA опубликовала статью, в которой сообщалось об обнаружении избытка позитронов (антиэлектронов) в составе космических лучей с энергией от 10 до 100 гигаэлектрон-вольт (ГэВ). Одним из возможных объяснений этого избытка является наличие темной материи в нашей Галактике.
Сейчас, спустя почти два года, ученые представили новое открытие: изучение потоков протонов и ядер гелия в космических лучах показало, что их энергетические спектры не соответствуют теоретическим предсказаниям, а именно: разным диапазонам энергий соответствуют разные показатели спектра.
Соответствующая статья опубликована в журнале Science, а «Газете.Ru» подробнее о ней рассказал один из авторов работы, заведующий Долгопрудненской научной станции Лаборатории физики Солнца и космических лучей ФИАН Юрий Стожнов.
- Означает ли данная публикация, что представления об ускорении космических лучей в остатках вспышек сверхновых являются неверными? - Когда мы говорим о вспышках сверхновых и ускорении космических частиц, мы имеем в виду ударную волну, которая образуется при взрыве сверхновой. Эта волна ускоряет частицы до огромных энергий, до сих пор недостижимых на современных ускорительных машинах. Детальные данные о потоках протонов и альфа частиц, полученные в эксперименте PAMELA, ставят вопрос о существовании различных типах источников космических лучей.
Благодаря первым высокоточным измерениям частиц в широком диапазоне энергий, мы обнаружили изменения показателя энергетических спектров протонов и альфа частиц. Это свидетельствует о том, что в нашей Галактике существуют различные типы источников космических лучей.
Одним из возможных объяснений является ускорение частиц во время вспышек на активных карликовых звездах. Эти звезды похожи на Солнце (наше Солнце -карликовая звезда), имеют такую же или меньшую массу и светимость.
- Главный предыдущий результат PAMELA заключался в том, что в составе космических лучей с энергией от 10 до 100 гигаэлектрон-вольт (ГэВ) был обнаружен избыток позитронов. Одним из вероятных объяснений этого факта было то, что темная материя может давать этот избыток. Другое объяснение было связано с рождением дополнительного потока позитронов в очень сильных магнитных полях пульсаров, во вспышках на карликовых звездах или в процессах, происходящих на каких-то других астрофизических источниках. Какова ситуация с результатами PAMELA сейчас? Какое объяснение представляется наиболее вероятным? - Было выполнено много работ - в основном, теоретического плана - в которых этот эффект объясняется. Работы можно разделить на два класса. Первый - что избыток связан с частицами так называемой темной материи. Второй класс работ - попытка объяснить результаты наблюдений обычными известными процессами в разных звездных объектах.
- Каких еще результатов можно ждать от PAMELA в ближайшее время? Планируется ли аналогичный проект в будущем - на другом спутнике с другими, более точными приборами? - Материала, полученного в эксперименте PAMELA, очень много, и его анализ займет не один год. Эксперимент продолжается, каждый день мы получаем по 10-15 гигабайт новой информации.
Сейчас заканчивается четвертый год этого эксперимента, хотя изначально он был рассчитан на три года. Конечно, мы надеемся и ждем новых и неожиданных результатов.
Планируется продолжение эксперимента - сейчас в ФИАН совместно с МИФИ и учеными из других стран готовится эксперимент «Гамма-400». Основная цель этой работы - исследование гамма-излучение в области больших энергий. Другим, не менее важным предметом исследований, является изучение спектров протонов, электронов и ядер с более высоким энергетическим разрешением и в более широкой области энергий, чем это делается на спектрометре PAMELA. Начало эксперимента рассчитано на 2017 год, сейчас идет разработка нового прибора.
Автор: Николай Подорванюк
| |