Ученые, охотящиеся на высокоэнергетические фотоны, падающие на Землю из космоса, нашли самый энергичный свет из всех обнаруженных. Это остатки взорвавшейся звезды из Крабовидной туманности.

Некоторые из гамма-лучей остатков сверхновой имеют более 100 триллионов электрон-вольт энергии.

Этот свет попал на Землю из Крабовидной туманности, остатка звездного взрыва или сверхновой, на расстоянии около 6500 световых лет от Млечного Пути. Исследователи в Physical Review Letters сообщают, что в рамках эксперимента AS-gamma в Тибете было захвачено множество частиц света — или фотонов — из туманности с энергиями, превышающими 100 триллионов электрон-вольт. Видимый свет, для сравнения, имеет всего несколько электрон-вольт энергии.

«Этот энергетический режим ранее не был доступен»,— говорит астрофизик Петра Хуэнтемайер (Petra Huentemeyer) из Мичиганского технологического университета (Michigan Technological University) в Хоутоне (Houghton), которая не занималась исследованиями. Для физиков, которые изучают высокоэнергетический свет, известный как гамма-лучи, «это захватывающее время», говорит она.

В космосе остатки сверхновых и другие космические ускорители могут повышать субатомные частицы, такие как электроны, фотоны и протоны, до экстремальных энергий, намного превышающих те, которые достигаются в самых мощных ускорителях земных частиц. Например, протоны Большого адронного коллайдера в Женеве достигают сравнительно слабых 6,5 триллионов электрон-вольт. Каким-то образом космические ускорители значительно превосходят самые совершенные машины человечества.

«Вопрос в том, как природа это делает»,— говорит физик Дэвид Ханна (David Hanna) из Университета Макгилла (McGill University) в Монреале (Montreal).

В Крабовидной туманности первоначальный взрыв создал условия для ускорения: магнитные поля и ударные волны проникали сквозь пространство, давая импульс энергии заряженным частицам, таким как электроны. Низкоэнергетические фотоны поблизости сталкиваются с высокими энергиями, когда ударяются с быстрыми электронами, и, в конечном счете, некоторые из этих фотонов попадают на Землю.

Когда высокоэнергетический фотон попадает в атмосферу Земли, он создает поток других субатомных частиц, которые можно обнаружить на земле. Чтобы уловить этот поток, Tibet AS-gamma использует почти 600 детекторов частиц, расположенных на площади более 65000 квадратных метров в Тибете. Из информации, записанной детекторами, исследователи могут рассчитать энергию исходного фотона.

Но другие виды космических частиц, известных как космические лучи, создают гораздо более обильные потоки частиц. Чтобы выбрать фотоны, необходимо отсеять космические лучи, состоящие в основном состоят из протонов и атомных ядер. Поэтому исследователи использовали подземные детекторы для поиска мюонов — более тяжелых родственников электронов, которые создаются в потоках космических лучей, а не в потоках, созданных фотонами.

Предыдущие эксперименты видели фотоны с почти 100 ТэВ, или триллион электрон-вольт. Теперь, после трех лет сбора данных, исследователи обнаружили 24, казалось бы, инициированных фотонами потока выше 100 ТэВ, а некоторые с энергией до 450 ТэВ. Поскольку процесс отсеивания не идеален, исследователи подсчитали, что около шести из этих ливней могли быть получены из-за космических лучей, имитирующих фотоны, но остальное - реальная сделка.

Поиск фотонов с более высокими энергиями может помочь ученым понять детали ускорения частиц. «Должен быть предел тому, насколько высока энергия фотонов»,— говорит Ханна. Если ученые смогут точно определить максимальную энергию, это может помочь корректировать теоретические настройки того, как частицы получают свою энергии.