Происхождение космических лучей, частиц с самой высокой энергией во Вселенной, было большой загадкой с момента их открытия в 1912 году. Поскольку космические лучи способствуют химической эволюции межзвездной материи, понимание их происхождения имеет решающее значение для понимания эволюции нашей Галактики. Считается, что космические лучи ускоряются остатками сверхновых (последствия взрывов сверхновых) в нашей Галактике и достигли Земли почти со скоростью света. Недавний прогресс в наблюдениях за гамма-лучами показал, что многие остатки сверхновых излучают гамма-лучи с энергиями тераэлектронвольт (ТэВ).
Если гамма-лучи производятся протонами, которые являются основным компонентом космических лучей, то можно проверить происхождение космических лучей из остатков сверхновой. Однако гамма-лучи также производятся электронами, необходимо определить, является ли происхождение протона или электрона доминирующим, и измерить соотношение двух вкладов. Результаты этого исследования предоставляют убедительные доказательства того, что гамма-лучи происходят от протонного компонента, который является основным компонентом космических лучей, и проясняют, что галактические космические лучи производятся остатками сверхновых.
Оригинальность данного исследования заключается в том, что гамма-излучение представляет собой линейную комбинацию протонной и электронной составляющих. Астрономы знали, что интенсивность гамма-излучения протонов пропорциональна плотности межзвездного газа, полученной с помощью наблюдений радиолинии. С другой стороны, ожидается, что гамма-излучение от электронов будет пропорционально интенсивности рентгеновского излучения от электронов.
Таким образом, они выразили общую интенсивность гамма-излучения как сумму двух гамма-компонентов, одна из которых происходит от протона, а другая от источника электронов. Это привело к единому пониманию трех независимых наблюдаемых. Этот метод был впервые предложен в данном исследовании.
В результате было показано, что гамма-лучи от протонов и электронов составляют 70% и 30% от общего количества гамма-лучей соответственно. Это первый раз, когда два источника были определены количественно. Результаты также демонстрируют, что гамма-лучи от протонов преобладают в межзвездных областях, богатых газом, тогда как гамма-лучи от электронов усиливаются в бедных газом областях.
Это подтверждает, что два механизма работают вместе и подтверждают прогнозы предыдущих теоретических исследований.
«Этот новый метод был бы невозможен без международного сотрудничества, – говорит почетный профессор Ясуо Фукуи из Университета Нагоя.
Он руководил этим проектом и с 2003 года точно определил распределение плотности межзвездного газа с помощью радиотелескопа NANTEN и Australia Telescope Compact Array. Хотя в то время разрешение гамма-излучения было недостаточным для выполнения полного анализа, профессор Гэвин Роуэлл и доктор. Сабрина Эйнеке из Университета Аделаиды и H.E.S.S. команда значительно улучшила пространственное разрешение и чувствительность гамма-лучей на протяжении многих лет, что позволило точно сравнить их с межзвездным газом. Доктор.
Хидетоси Сано из Национальной астрономической обсерватории Японии возглавил рентгеновский анализ архивных данных с европейского рентгеновского спутника XMM-Newton. Доктор. Эйнеке и проф. Роуэлл тесно сотрудничал с проф.
Фукуи и доктор. Сано о подробных исследованиях корреляции между гамма-лучами, рентгеновскими лучами и радиоизлучением. «Этот новый метод будет применен к большему количеству остатков сверхновых с использованием гамма-телескопа следующего поколения CTA (Cherenkov Telescope Array) в дополнение к существующим обсерваториям, что значительно продвинет вперед изучение происхождения космических лучей."