Астрономи недорахувалися космічних променів у центральній молекулярній зоні

Астрономи проаналізували спостереження центральної молекулярної зони (хмари в центрі Чумацького Шляху, в якому розташований прискорювач космічних променів високих енергій) в гамма-діапазоні і за спостережуваною світності оцінили щільність енергії космічних променів в цій хмарі. Виявилося, що всередині хмари ця щільність в середньому помітно менша порівняно з навколишнім зовнішнім регіоном, і істотно спадає зі зростанням відстані до центру галактики. Як зазначають автори в статті, опублікованій в, це може вказувати на фізичний бар'єр, який не пропускає в центральну молекулярну зону космічні промені, що приблизно рівномірно заповнюють область навколо неї.

На сьогоднішній день не цілком ясно, де і як космічні промені в нашій галактиці прискорюються до високих енергій (і особливо до гранично високих - близько 10¹⁵ електронвольт). Існує безліч теоретичних моделей, які поки не мають надійного спостережного підтвердження (детальніше про це можна дізнатися в матеріалі «Та хто такий цей ваш співачрон»).

Для вивчення механізмів прискорення космічних променів корисно шукати області, в яких розподіл космічних променів виділяється по відношенню до середнього галактичного плавного квазістаційному фону. У таких регіонах, ймовірно, знаходяться (або порівняно недавно знаходилися) прискорювачі космічних променів, які забезпечили околиці порцією «свіжих» променів, яка не встигла злитися з усталеним фоном. Завдяки цьому з таких спостережень можна отримувати більш детальну інформацію як про параметри самого прискорювача, так і про поширення космічних променів в галактиці, ніж зі звичайного середнього фону.

Астрономи з Китайської академії наук під керівництвом Сяоюань Хуан (Xiaoyuan Huang) з обсерваторії Цзицзіньшань сфокусували свою увагу на центральній молекулярній зоні - щільній молекулярній хмарі в центрі Чумацького Шляху, де з великою ймовірністю розташований прискорювач (або прискорювачі) космічних променів високих енергій. Дослідники проаналізували архівні спостереження космічного гамма-телескопа Фермі з 4 серпня 2008 по 1 лютого 2020 і в діапазоні енергій близько 10⁹ - ¹⁰12 електронвольт і в напрямку, який відповідає центру галактики.

Щоб простежити за властивостями космічних променів всередині і зовні центральної молекулярної зони, автори розбили кутову карту на ділянки товщиною близько 0,5 градуса, і оцінювали спостережувані світності кожної ділянки в гамма-діапазоні і масу газу в межах ділянок. Користуючись тим, що гамма-випромінювання є результатом взаємодії космічних променів з речовиною, за цими даними автори вираховували середню щільність енергії космічних променів (у відповідному діапазоні енергії) на кожній з ділянок.

Виявилося, що щільність енергії космічних променів в межах центральної молекулярної зони помітно відрізняється від щільності за її межами - як за величиною (всередині хмари щільність виявилася близькою до тієї, яка вимірена в околиці Сонця, і до двох разів менше порівняно з зовнішньою областю при рівних відстанях до центру галактики), так і за поведінкою в просторі (щільність енергії у країв хмари була приблизно вдвічі меншою, ніж у його центрі, тоді як в навколишній речовині поза хмарами щільність практично не залежала від відстані до центру галактики).

За словами астрономів, така картина може вказувати на фізичний механізм, який заважає космічним променям проникати в центральну молекулярну зону - наприклад, вдалу конфігурацію магнітного поля біля меж хмари. Якщо надалі припущення авторів підтвердиться, то такого роду ізоляція хмари може допомогти детальніше дослідити пристрій передбачуваних прискорювачів космічних променів всередині нього.

Від редактора

Після публікації замітки в перший абзац тексту було додано пояснення терміну «центральна молекулярна зона»

Раніше ми розповідали про те, як астрономи не виявили в околиці центру галактики багато молодих зірок і про те, як спектр заліза в космічних променях виявився схожим на спектр легких елементів.