|
Предел ускорения частиц в пульсарных туманностях
|
|
|
|
Большая высотная обсерватория воздушных ливней (LHAASO) обнаружила излучение гамма-излучения с энергией PeV (10^15 эВ) от пульсарной ветровой туманности, работающей на PSR J1849-0001 в созвездии Орла, что ознаменовало открытие нового певатрона и поставило под сомнение классическую теорию ускорения частиц в пульсарных ветровых туманностях.
|
|
|
|
Это открытие важно, поскольку расчетная эффективность ускорения частиц этой небесной структурой приближается или даже превышает теоретические пределы, допустимые при идеальных магнитогидродинамических условиях.
|
|
|
|
Это исследование, опубликованное в Nature Astronomy, было проведено профессором Дж. Лю Руою, доктор Ван Кай и докторант Тонг Чаонан из Нанкинского университета, профессор Чэнь Сончжан и доц. Профессор Ван Линью из Института физики высоких энергий Китайской академии наук и их коллеги.
|
|
Что такое пульсарные ветровые туманности
|
|
|
|
Туманность пульсарного ветра - это впечатляющая небесная структура с высокой энергией, образующаяся, когда пульсар — быстро вращающаяся намагниченная нейтронная звезда — выбрасывает поток заряженных частиц, движущихся почти со скоростью света, в окружающее пространство, где они сильно сталкиваются с окружающей средой.
|
|
|
|
|
|
|
Одним из самых известных примеров пульсарной туманности ветра является Крабовидная туманность, которая долгое время считалась "стандартной свечой" в области астрофизики высоких энергий. Он приводится в движение самым ярким пульсаром Млечного Пути, работающим на замедлении вращения, - пульсаром, энергия которого исходит от замедления его вращения.
|
|
|
|
Основываясь на предыдущих наблюдениях гамма-лучей в масштабе PeV от Крабовидной туманности, LHAASO определил, что его эффективность ускорения частиц составляет по меньшей мере 16% от теоретического предела. Это открытие окончательно утвердило статус Крабовидной туманности как экстремального певатрона — ускорителя частиц с ПЭВМ - и расширило границы существующих моделей ускорения.
|
|
|
|
Текущее исследование сосредоточено на другой системе туманностей пульсарного ветра, работающей на PSR J1849-0001. Расположенный в созвездии Аквила, PSR J1849-0001 обладает уменьшающейся светимостью примерно в 50 раз по сравнению с пульсаром Крабовидной туманности. В традиционных моделях эволюции и излучения туманностей пульсарного ветра меньшая яркость инжекции обычно соответствует более слабой яркости излучения высокой энергии.
|
|
|
|
Однако спектральные измерения, проведенные LHAASO, показывают, что спектр гамма-излучения этой системы не только расширяется в степенной степени до 2 ПэВ, но и ее гамма-яркость в диапазоне энергий ПэВ на самом деле в несколько раз выше, чем у Крабовидной туманности. Это указывает на то, что система удивительно эффективна при преобразовании энергии пульсарного ветра в частицы сверхвысокой энергии.
|
|
|
|
С помощью многоволновых наблюдений, включая рентгеновские данные, исследователи определили внутренние физические параметры этой пульсарной туманности ветра. Они обнаружили, что эффективность ускорения частиц в туманности достигла по меньшей мере 27% от теоретического предела, превысив тот, который был получен для Крабовидной туманности, и, таким образом, эта туманность пульсарного ветра получила прозвище "Ускоритель Аквилы".
|
|
|
|
Эти поразительные результаты бросают вызов современным теориям ускорения частиц в туманностях пульсарного ветра. В соответствии с традиционными моделями, предполагается, что ускорение частиц происходит в зоне ударной волны — области, где пульсарный ветер резко замедляется при столкновении с окружающей туманностью. Однако, если бы наблюдаемые энергии частиц были получены в этом месте, требуемая эффективность ускорения превысила бы 100%, что физически невозможно. В результате, это несоответствие указывает на то, что стандартная модель прекращения взрыва не может полностью объяснить наблюдаемое излучение.
|
|
|
|
Это открытие LHAASO не только добавляет к Млечному пути нового ценного кандидата - ПеВатрон, но и показывает, как космос изобретательно сконструировал экстремальный ускоритель частиц, работающий с необычайным уровнем эффективности в рамках, казалось бы, ничем не примечательной системы пульсаров. Если это подтвердится, то можно предположить, что высокая эффективность, наблюдаемая в Крабовидной туманности, может быть общей характеристикой пульсарных ветровых туманностей как класса астрофизических объектов.
|
|
|
|
Таким образом, это исследование дает важнейшие ключи к уточнению теоретических основ изучения пульсарных ветровых туманностей и побудит астрофизиков-теоретиков пересмотреть механизмы ускорения частиц и фундаментальные физические процессы в релятивистской плазме.
|
|
|
|
Источник
|
