Фізики зрозуміли природу дуже енергійних космічних променів, що виникають у нашій Галактиці.
Космічними променями називають високоенергійні елементарні частинки і ядра легких елементів, що прилітають до нас з глибокого космосу. Вони несуть інформацію про найбільш енергійні події та активні об'єкти у Всесвіті: ядрах галактик, вибухах наднових, релятивістських струменях речовини - джетах і багато іншого. Можливо, коли-небудь вони проллють світло і на таємниці темної матерії і відсутності антиматерії у Всесвіті.
Одна з головних проблем теорії походження космічних променів - механізм їх прискорення. У 60-х роках минулого століття фізики-теоретики Віталій Лазаревич Гінзбург і Сергій Іванович Сироватський (ФІАН) припустили, що космічні промені можуть виникати при вибухах наднових зірок. Конкретний механізм прискорення заряджених частинок на виникаючих при цьому ударних хвилях запропонував Гермоген Пилипович Кримський з колегами (Інститут космофізичних досліджень і аерономії ЯНЦ СО РАН) в 1977 році. Однак часу існування таких ударних хвиль недостатньо для надання космічним променям енергії вище 1014-1015 еВ (електронвольт). Для порівняння: в цих межах знаходиться і енергія прискорених протонів у Великому адронному колайдері. Питання про природу частинок з енергіями більше 1015 еВ залишалося відкритим.
Дослідники з МФТІ і Фізичного інституту імені П.Н. Лебедєва РАН спільно з китайськими колегами розробили модель, що дозволяє пояснити природу космічних променів в нашій Галактиці в діапазоні енергій від 3 ст.1 1015 до 1018 еВ, що на два-три порядку вище енергії частинок, народжених при вибухах наднових.
Модель пов'язує високоенергійні космічні промені з відкритими в листопаді 2010 року «бульбашками Фермі» - двома величезними областями в центральній області нашої Галактики, що випускають випромінювання в гама- і рентгенівському діапазонах. Ці симетричні відносно площини Галактики області простягаються на відстань в 50 тисяч світлових років, що можна порівняти з розміром самого Чумацького Шляху. Пізніше команда телескопа «Планк» виявила випромінювання цих структур і в мікрохвильовому діапазоні. Подібні структури спостерігаються в інших галактичних системах з активними ядрами.
Природа бульбашок Фермі до кінця не ясна. Однак їх розташування однозначно вказує на зв'язок бульбашок з активністю центру нашої Галактики, де відбувається виділення гігантської енергії в результаті приливного руйнування зірок при падінні (аккреції) на центральну чорну діру з масою 106 сонячних мас.
Дмитро Чернишов, Володимир Догель та їхні колеги з Гонконгу і Тайваню в попередніх роботах показали, що випромінювання в бульбашках Фермі породжується різними процесами за участю релятивістських електронів, прискорених ударними хвилями, які утворюються при падінні зоряної речовини на чорну діру. При цьому ударні хвилі повинні прискорювати також протони і легкі ядра, що становлять космічні промені. У новій роботі, опублікованій в журналі EPJ Web of Conferences, автори припустили, що гігантські ударні фронти бульбашок Фермі здатні додатково прискорювати протони, випущені надновими, до енергій істотно вище 1015 еВ.В
запропонованому механізмі народжені при вибухах наднових частинки з енергіями меншими 3 ст.11015 еВ, переміщуючись з диска прискортики прискортичне в Галактичне, в галактичне, Обчислений за розробленою моделлю спектральний розподіл космічних променів повністю відповідає спостережуваному в діапазоні енергій від 3 ст.1 1015 до 1018 еВ (діапазон «B» на малюнку), що свідчить про працездатність моделі
. Спектр в даному випадку являє собою залежність енергетичної яскравості, яка характеризує інтенсивність (потужність) космічних променів залежно від енергії складових їх частинок. Значення граничної енергії 3 ^ 1015 вибрано тому, що при цьому значенні на графіку спостерігається зміна нахилу залежності (так зване «коліно»), що говорить про якісь зміни в механізмі генерації для більш високих енергій
. За матеріалами
МФТІ