В Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) предложено новое объяснение происхождения космических лучей. Открытые в прошлом году американской гамма-обсерваторией Ферми гигантские пузыри, симметрично расположенные над и под галактической плоскостью в ее центральной части, могут быть реликтом активной фазы галактического центра, в котором находится массивная черная дыра. Миллионы лет назад джет (направленная струя вещества) накачал энергией эти области. Он же наполнил диск Галактики частицами высокой энергии - космическими лучами. Комментирует доктор физико-математических наук Яков Истомин.
В 1912 году были открыты космические лучи. Эксперименты на воздушном шаре показали, что степень ионизации воздуха с высотой возрастает, то есть ионизация идет сверху. Так были открыты быстрые частицы, приходящие из космоса. Космические лучи это поток заряженных частиц, в основном - протонов, очень высоких энергий, достигающих 1019-1020 электрон-Вольт. В отличие от нейтральных частиц, они отклоняются в магнитном поле, поэтому определить их источник по траектории нельзя.
Откуда взялись космические лучи? Откуда берется такая громадная энергия? Ведь плотность энергии космических лучей такая же, как и плотность межзвездного газа. На роль их источника - по энергетике - в нашей галактике вполне подходят взрывы сверхновых. В течение 40 лет в астрофизике господствует теория ускорения космических лучей на ударных волнах от взрывов сверхновых. Она базируется на т. н. ускорении Ферми. В 40-х годах Ферми высказал гипотезу, что в нашей Галактике есть молекулярные облака ионизованного газа с вмороженным в них магнитным полем. Заряженные частицы, проходя между облаками, отклоняются магнитными полями облаков и совершают хаотическое движение в межзвездной среде. Этот процесс напоминает движение легких частиц в газе очень тяжелых частиц. В результате энергия заряженных частиц многократно возрастает, они ускоряются. Это и называется ускорением Ферми.
Потоки заряженных частиц взаимодействуют со случайными магнитными полями в нашей Галактике - вот сегодняшняя модель описания космических лучей. Средняя плотность энергии магнитного поля, плотность энергии газа в межзвездном пространстве и плотность космических лучей - одного порядка, они фактически равны. Это говорит о том, что космические лучи очень тесно связаны с магнитными полями. Магнитное поле возникает в ионизованном газе, и его плотность не может быть больше плотности энергии газа. В 70-х годах появилась универсальная теория ускорения космических лучей на фронтах ударных волн очень большой амплитуды, распространяющихся с высокой скоростью в межзвездной турбулентной среде. Ударные волны дают взрывы сверхновых. Теория эта, однако, не исчерпывающе объясняет наблюдаемое ускорение, для которого надо переработать в космические лучи до 15% кинетической энергии ударной волны.
Яков Истомин предложил свою гипотезу происхождения космических лучей: «В центре нашей Галактики находится черная дыра, масса которой составляет 4 х 106 масс Солнца. Сейчас ее активность (излучаемая энергия) низка. Но в прошлом она могла быть на много порядков больше - как у активных галактических ядер. И в активной фазе это галактическое ядро могло излучать джеты - коллимированные струи вещества, движущегося вдоль оси вращения черной дыры.
Галактика представляет собой гигантское колесо. Галактический центр - это черная дыра. В прошлом году американская гамма-обсерватория обнаружила вблизи центра так называемые пузыри Ферми, симметрично расположенные относительно плоскости Галактики. Размеры их - восемь килопарсек по высоте (над и под галактической плоскостью) на шесть килопарсек по ширине - вполне соизмеримы с галактическими (радиус Галактики - пятнадцать килопарсек). Симметричные пузыри в плане напоминают крылья бабочки. Оттуда идет гамма-излучение высоких энергий. Единственное объяснение этого явления - вся область пузырей заполнена частицами очень большой энергии. Энергии там столько же, сколько в космических лучах в Галактике. Изучение ускорения частиц в джетах активных галактических ядер показало, что энергии частиц могут достигать 1020 электрон-вольт. Вполне вероятно - экспериментальные данные и расчеты подтверждают это, - пузыри Ферми представляют собой остатки двухстороннего джета, который состоял из частиц высоких энергий. Теперь они заполнили также диск и гало нашей Галактики. Исходя из диффузии этих частиц в пространстве, были оценены время возникновения джета – около 24 миллионов лет назад – и время его «работы» - не менее 10 миллионов лет. Частицы еще не потеряли своей энергии и, сталкиваясь с холодными протонами, дают гамма-излучение. Сейчас джета нет, но его остатки наблюдаются. Именно он накачал энергией и заполнил космическими лучами пузыри и галактический диск».
АНИ «ФИАН-информ»
