Читать «Цифровой журнал «Компьютерра» № 162» онлайн - страница 15

Помимо протонов и альфа-частиц, то есть ядер водорода и гелия, в состав КЛ входят ядра более тяжёлых элементов, причём примерно в пропорциях их общего содержания во Вселенной: 10 процентов гелия, 1 процент тяжёлых элементов (вплоть до урана), остальное — водород (протоны). Иными словами, космические лучи представляют собой обычную материю, только сильно ионизованную и разогнанную до скоростей, близких к скорости света.

Механизмов, способных сообщить атомным ядрам такую энергию, не так много. И кажется вполне естественным предположение о том, что разгон КЛ как-то связан с одним из самых мощных явлений во Вселенной — со вспышками сверхновых. Это предположение было в 1934 году Фрицем Цвикки и Вальтером Бааде и изначально опиралось, главным образом, на энергетические аргументы.

Полная плотность энергии КЛ в Галактике вполне сопоставима с плотностью других видов энергии (излучения, магнитного поля и пр.) и составляет порядка 1 эВ на куб. см. Однако со временем энергия одних частиц падает из-за взаимодействия с межзвёздной средой, другие частицы и вовсе покидают Галактику. Чтобы скомпенсировать эти потери, необходимо подпитывать космические лучи энергией с темпом порядка 10⁴¹ эрг/сек. Сверхновые вполне способны обеспечить этот приток при условии, что в космические лучи перекачивается примерно десяток процентов энергии каждой вспышки. В качестве механизма ускорения заряженных частиц в оболочках сверхновых рассматривается сейчас диффузионное ускорение ударной волной. Теория этого процесса хорошо разработана и вполне способна объяснить наблюдаемые свойства КЛ.

Дело за малым — за наблюдательным подтверждением. Конечно, речь не может идти о том, чтобы непосредственно наблюдать процесс ускорения. Те частицы, которые мы детектируем на Земле и в её окрестностях, прошли через мясорубку гелиосферной ударной волны, по пути чего-то лишившись и чем-то дополнившись. Но даже изучение космических лучей за пределами гелиосферы не прольёт свет на их источник. Путешествуя по Галактике, заряженные частицы привязаны к силовым линиям магнитного поля, которые имеют весьма запутанную структуру, и потому направление на источник данной частицы в процессе её блуждания по Галактике полностью теряется. Приходится полагаться на косвенные наблюдения. Непрямым индикатором ускорения является нетепловое излучение, которое порождается частицами, разогнанными до релятивистских скоростей, при их взаимодействии с веществом и магнитным полем.

Причины генерации этого излучения различны. В диапазоне от радиоволн до рентгена оно имеет синхротронную природу и порождается релятивистскими электронами. Именно наблюдения синхротронного излучения оболочек сверхновых и стали доказательством того, что, по крайней мере, электроны в них действительно ускоряются до релятивистских скоростей.