Исследователи впервые обнаружили доказательства того, что даже микроквазары с маломассивными звездами могут эффективно ускорять частицы. Это открытие имеет важные последствия для понимания распространенности гамма-лучей во Вселенной и роли микроквазаров в производстве космических лучей.

Происхождение и ускорение самых энергичных космических лучей остаются одной из самых больших загадок в астрофизике частиц. Микроквазарные струи эффективны в ускорении космических частиц, однако до сих пор это наблюдалось только у редких микроквазаров большой массы. Исследователи обнаружили ускорение частиц в гораздо более распространенных микроквазарах малой массы. Это позволяет предположить, что они вносят гораздо больший вклад в общее содержание космических лучей в нашей галактике, чем считалось ранее.

Земля постоянно бомбардируется частицами из космоса. Многие люди знакомы с каменистыми метеоритами, которые проносятся по небу, как падающие звезды, их мельчайшие частицы содержат ключ к пониманию вселенной. Субатомные частицы, такие как электроны и протоны, путешествующие с невероятной скоростью из межзвездного пространства и за его пределами, являются одними из самых быстродвижущихся известных частиц, которые называются космическими лучами.

Несмотря на десятилетия исследований, происхождение и механизмы ускорения самых энергичных космических лучей остаются главной загадкой астрофизики. Ученые подозревают, что быстро движущиеся струи материи, выбрасываемые черными дырами, могут быть основными местами для ускорения частиц. Однако точные условия, которые позволяют этим частицам достигать таких экстремальных скоростей, до сих пор неясны.

Самые мощные струи в нашей галактике исходят от микроквазаров — систем, состоящих из черной дыры звездной массы и обычной звезды. По мере того как они вращаются вокруг друг друга, черная дыра постепенно вытягивает материал из своего компаньона. Этот процесс запускает формирование мощных струй вблизи черной дыры, запускающих частицы в космос почти со скоростью света.

За последние пару лет появляется все больше доказательств, что микроквазарные струи являются эффективными ускорителями частиц. Однако неясно, какой вклад они вносят как группа в общее количество космических лучей в Галактике. Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо понять, все ли микроквазары способны ускорять частицы или только немногие счастливчики.

Микроквазары обычно классифицируются в зависимости от массы звезды на системы «малой массы» или «большой массы», причем системы с меньшей массой встречаются гораздо чаще. Однако до сих пор доказательства ускорения частиц были обнаружены только для систем с большой массой.

Например, микроквазар SS 433, который, как недавно выяснилось, является одним из самых мощных ускорителей частиц в Галактике, содержит звезду с массой примерно в десять раз больше массы Солнца. Поэтому обычно считалось, что микроквазары с малой массой недостаточно мощные, чтобы производить гамма-лучи.

Доктор Лаура Оливера-Ньето из Института физики ядра имени Макса Планка (MPIK) и доктор Гиллем Марти-Девеса из Университета Триеста сделали открытие, которое разрушает эту парадигму.

Они использовали 16 лет данных с детектора Большого телескопа на борту спутника NASA Fermi, чтобы обнаружить слабый сигнал гамма-излучения, соответствующий положению GRS 1915+105, микроквазара со звездой меньше Солнца. Измеренный сигнал гамма-излучения имеет энергию выше 10 ГэВ. Это значит, что система может ускорять частицы до еще более высоких энергий.

Наблюдения говорят в пользу сценария, в котором протоны ускоряются в струях, после чего они вырываются и взаимодействуют с близлежащим газом, производя гамма-фотоны. В статье, опубликованной в Astrophysical Journal Letters, они также используют данные с 45-метрового радиотелескопа Нобеяма в Японии, которые указывают, что вокруг источника достаточно газового материала для этого сценария.

Этот результат показывает, что даже микроквазары, содержащие маломассивную звезду, способны ускорять частицы. Поскольку это самый многочисленный класс, данное открытие имеет значительные последствия для оценки вклада микроквазаров как группы в содержание космических лучей в нашей Галактике.

Однако для дальнейшего сужения вопроса, почему не все, а лишь некоторые системы эффективно ускоряют частицы, потребуются дополнительные обнаружения и многоволновые исследования.

В последние годы астрономы разработали методы, позволяющие с высокой точностью измерять содержание металлов в звездах. Благодаря этому им удалось исследовать родственные звезды и обнаружить, что некоторые из родственных небесных тел серьезно различаются. Новое исследование показывает, что в этом виноваты звезды, поглощающие каменистые планеты.