При помощи специализированных телескопов ученые-астрономы обнаружили в глубинах космоса своего рода ускоритель частиц естественного происхождения, многие параметры которого очень и очень близки к максимально возможным теоретическим значениям. Наблюдения, проведенные при помощи гамма-обсерватории H.E.S.S. в Намибии, позволили ученым изучить все тонкости процесса ускорения частиц во время космологического события, называемого взрывом новой, который представляет собой мощнейший взрыв на поверхности белой карликовой звезды.
Взрыв новой создает проходящую через окружающую место взрыва среду ударную волну, которая захватывает частицы и ускоряет из до чрезвычайно высокой энергии. А в случае с взрывами новой под названием "RS Ophiuchi" ускорение частиц происходит до скоростей, практически достигающих теоретического предела, равного чуть больше 100 ГэВ, возможного только при идеальном совпадении многих условий.
Белые карликовые звезды - это останки звезд определенного типа и массы, которые в конце своего жизненного цикла не взорвались сверхновой и не превратились в черную дыру. Вся материя умершей звезды под воздействием собственной гравитации схлопнулась и образовала компактный, горячий и чрезвычайно плотный объект. Взрывы новых происходят в тех случаях, когда белый карлик располагается в бинарной системе и своей гравитацией сдирает со своей звезды-партнера верхние слои материи. Когда количество "украденной" материи переваливает через критический предел, на поверхности белого карлика происходит мощнейший термоядерный взрыв.
В некоторых двойных системах такие взрывы повторяются с определенной периодичностью, в частности, в системе RS Ophiuchi, в которой звезды находятся на расстоянии, приблизительно равном расстоянию от Земли до Солнца, взрывы следуют через 15-20 лет. "Когда в 2021 году в системе RS Ophiuchi произошел очередной взрыв, мы были готовы, и нам удалось рассмотреть все подробности в высокоэнергетической части рентгеновского диапазона" - пишут исследователи.
Частицы, способные излучить столь высокоэнергетический рентген, должны быть разогнаны до скорости, в тысячи раз превышающей скорость разгона, наблюдаемую при других взрывах новых. Кроме того, некоторые условия в районе RS Ophiuchi таковы, что энергия взрыва весьма эффективно используется для ускорения протонов и ядер более тяжелых элементов, что способствует разгону до скорости, максимальный предел которой был вычислен при помощи специализированных математических моделей.
Все тонкости работы самого мощного естественного ускорителя частиц были изучены благодаря возможностям гамма-обсерватории H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System). В состав этой обсерватории, расположенной в Намибии, входит пять гамма-телескопов на эффекте Черенкова, которые визуализируют гамма-лучи, приходящие из глубин космического пространства. На самом из больших телескопов обсерватории H.E.S.S. не так давно была установлена новая камера FlashCam, обладающая высочайшей чувствительностью. Кстати, камера FlashCam изначально разрабатывалась с прицелом на ее использование в гамма-обсерватории следующего поколения Cherenkov Telescope Array (CTA), а в обсерватории H.E.S.S. была проведена проверка ее работы.
Через несколько лет, после ввода в строй телескопов обсерватории CTA, ученые попытаются поймать случаи других взрывов новых. Сравнение имеющихся и новых данных позволит им ответить на вопрос, является ли система RS Ophiuchi обычной или какой-то особенной, лишь в которой возможны столь экзотические высокоэнергетические явления?
