Телескоп в Тибете, состоящий из пластиковых детекторов и подземного резервуара для воды, наблюдал свет с самой высокой энергией — и он исходил от одного из самых известных источников света в небе.
Впервые группа ученых из 28 учреждений Китая, Тибета и Японии сообщила об измерении фотонов, частиц электромагнитного излучения, с более чем 100 тераэлектронвольтами (ТэВ) энергии. Источник — Крабовидная туманность, являющаяся вращающейся нейтронной звездой, которая продолжает удивлять астрофизиков своими невероятными физическими свойствами.
Подобные открытия могут потенциально открыть окно для физических процессов, труднодоступных в земных лабораториях.
Эксперимент, который обнаружил свет, использует знакомый высокоэнергетический астрономический инструмент: массив высотных детекторов. Он состоит из двух частей и расположен в Янбаджайне (Тибет), и работает уже более 14 лет. На земле находится массив Tibet AS, 597 пластиковых детекторов, занимающих площадь 65 700 квадратных метров. Под этими детекторами похоронен массив MD Тибета, в 64 чанах которого содержится около 21 000 галлонов жидкой воды. Частицы движутся со скоростью света (или почти со скоростью света), пока не попадут на детекторы, чей чувствительный материал имеет более высокую максимальную скорость света. Это создает небольшую вспышку, похожую на ударную волну, но для света, который обнаруживается с помощью светочувствительного оборудования.
После более чем трехлетнего наблюдения команда взяла достаточно данных и достаточно хорошо поняла потенциальный шум в детекторе, чтобы определить, что они видят много высокоэнергетического света, исходящего из Крабовидной туманности. Это включало 24 события, которые выглядели как фотоны и имели энергии выше 100 ТэВ, включая два события-кандидата с энергией около 450 ТэВ, в соответствии с документом, принятым к публикации в Physical Review Letters.
Как они узнают, откуда пришел свет? Траектории частиц, таких как электроны, протоны и нейтроны, изгибаются в магнитных полях галактики, поэтому трудно быть уверенным в их источнике. Но фотоны не меняют направление в этих областях, так что вы можете просто проследить направление, откуда они попали в детектор обратно к источнику.
Это не частицы с самой высокой энергией, когда-либо обнаруженные — некоторые другие детекторы измеряли межзвездные протоны и атомные ядра с непонятной энергией. Но это будет рекорд для фотонов.
Крабовидная туманность является остатком сверхновой, зарегистрированной китайскими астрономами в 1954 г., и сегодня представляет собой облако газа и пыли с регулярно вращающейся нейтронной звездой в центре, Крабовым пульсаром, на расстоянии около 6500 световых лет.
Этот объект широко изучается благодаря интересу к вращающимся пульсарам и их поведению, а также тому факту, что это остаток сверхновой, источник которого мы знаем. Теперь исследователи подтвердили, что это также источник света с самой высокой энергией, наблюдаемого здесь, на Земле. Исследователи объясняют, что этот процесс, вероятно, происходит из-за обратного комптоновского рассеяния, или электронов, движущихся с почти световой скоростью вблизи пульсара, взаимодействующих и передающих энергию фотонам, которые мы затем наблюдаем на Земле.
Это исследование продолжает помогать ученым понять дикие процессы, которые происходят во всей нашей вселенной. Возможно, исследователи однажды увидят первый свет в виде пета-электронвольт.
