Понимание природы космических лучей является одной из основных целей работы телескопа Fermi. Новые изображения стали важным шагом астрономов на пути к решению этой задачи.

Космические лучи – потоки частиц с одной из самых высоких во Вселенной энергий.

Проходя через галактики, они отклоняются под действием магнитного поля. В результате суперпозиции подобных явлений траектория движения лучей приобретает почти случайный характер, что мешает обнаружить их источник и происхождение.

Телескоп Fermi использует косвенные наблюдения «жизни» космических лучей. При столкновении с межзвездным газом космические лучи испускают гамма-излучение, которое как раз способен регистрировать телескоп. Он может аккумулировать информацию и сравнивать эмиссию остатков вспышек сверхновых разного возраста и в разном окружении.

На данный момент удалось собрать информацию о гамма-лучах остатков вспышек сверхновых среднего возраста, условно обозначаемых как W51C, W44 и IC 443. Эти высокоэнергетические данные (а энергия гамма-лучей достигает миллиарды эВ (ГэВ) были измерены впервые (для сравнения, энергия видимого света составляет 2–3 эВ). Каждый из остатков представляет собой разлетающиеся фрагменты массивной звезды, которая взорвалась между 4 тыс. и 30 тыс. лет назад.

Для сравнения Fermi зарегистрировал гигаэлектронвольтные гамма-лучи Кассиопеи А (Cas A) – остатка вспышки сверхновой, которой всего 330 лет. Излучение Cas A в гамма-диапазоне настолько сильное, что его регистрировали даже обсерватории, находящиеся на Земле. Им доступно только очень высокоэнергетическое излучение, так как при прохождении через земную атмосферу его интенсивность падает и лишь малая часть его достигает поверхности Земли. По этой причине земные обсерватории регистрируют лишь излучение в тысячи раз более мощное, чем то, что наблюдает телескоп Fermi.

Анализ полученных данных показал, что более старые остатки хорошо испускают лучи с энергией порядка гигаэлектронвольта. Более высокоэнергетическая составляющая в их спектре почти отсутствует. «Молодые» остатки вспышек сверхновых ведут себя совсем по-другому. Видимо, самые высокоэнергетические лучи успевают за определенный период покинуть остатки вспышек сверхновых, поэтому сейчас Fermi наблюдает лишь излучение более медленных низкоэнергетических частиц.

В 1949 году физик Энрико Ферми, в честь которого был назван космический телескоп, предположил, что космические лучи самой высокой энергии ускоряются в магнитных полях облаков газа. За десятилетия наблюдений галактики, прошедшие с того времени, астрономы пришли к выводу, что именно остатки вспышек сверхновых являются наиболее вероятными кандидатами на проведение этого процесса.

Молодые остатки вспышек сверхновых обладают всем необходимым для ускорения – сильным магнитным полем и самыми высокоэнергетическими космическими лучами. Очень сильные поля способны удерживать частицы с наибольшей энергией в ударной волне остатка достаточно долго, в результате чего они разгоняются до сверхвысоких энергий.

Гамма-лучи, наблюдаемые телескопом Fermi, как раз прибыли из областей, где остатки вспышек сверхновых соприкасались и взаимодействовали с холодными плотными облаками газа. Ученые полагают, что протоны, ускоренные магнитным полем в остатках, сталкиваются с атомами газа, что и провоцирует выброс гамма-излучения. Предложено и другое объяснение: быстро движущиеся электроны испускают гамма-лучи, пролетая мимо ядер атомов газа. На данный момент астрономы не готовы дать объяснение наблюдаемому явлению.

Так или иначе, сейчас уже точно можно утверждать, что остатки вспышек сверхновых являются космическими ускорителями частиц.

Ученые надеются, что дальнейшие наблюдения телескопа Fermi помогут ответить на возникшие вопросы и расширить диапазон полученных данных. Возможно, телескоп имени Fermi сможет подтвердить предположения своего великого тезки спустя 60 лет.