«Аномалия» спектра космических лучей нашла логичное объяснение

Группа астрофизиков из Франции, Испании, Кореи и Китая нашла простое объяснение недавно обнаруженной «аномалии» спектра протонов и ядер гелия космического происхождения.

Классическая теория зарождения и распространения галактических космических лучей (КЛ), основными компонентами которых как раз и становятся протоны (ядра водорода) и ядра гелия, непротиворечива и стройна. Согласно традиционной схеме, взрывы сверхновых ускоряют частицы космических лучей, и последние в дальнейшем рассеиваются на турбулентных неоднородностях магнитного поля Млечного Пути. Перенос ядер водорода и гелия описывается простой моделью с минимальным количеством параметров.

Хотя некоторые сомнения у специалистов остаются, теория даёт реалистичные предсказания спектров КЛ. На высоких энергиях Е поток тех или иных компонентов космических лучей у Земли, как считается, спадает в соответствии с Е^–2,7. Когда энергия достигает ~3 ПэВ (3•10¹⁵ эВ), наклон спектра чуть изменяется и падение продолжается согласно Е^–3,1.

Упомянутая выше «аномалия» была зафиксирована в экспериментах PAMELA и CREAM два года назад. Аппараты PAMELA и CREAM довольно сильно различаются (первый, скажем, использует в качестве платформы российский спутник «Ресурс-ДК1», а второй прикрепляется к шару-зонду), но их измерения выявили схожие превышения теоретических потоков ядер КЛ. Расхождения становятся очевидными около 250 ГэВ: спектр протонов отклоняется вверх от расчётного на энергии в 232⁺³⁵_–30, а спектр ядер гелия — на 243⁺²⁷_–31 ГэВ.

CREAM готовится к полёту (фото University of Maryland Cosmic Ray Physics Laboratory).

Пытаясь объяснить, откуда берутся дополнительные ядра КЛ, физики модифицировали схемы ускорения или распространения космических лучей. Некоторые учёные также вспоминали о предложенной довольно давно классификации источников КЛ и предполагали, что отклонения вызваны источниками определённого типа — к примеру, взрывами массивных звёзд Вольфа — Райе или красных сверхгигантов.

Авторы нашли более простое решение, связав «аномалию» с действием локальных источников космических лучей, которые располагаются в радиусе 2 кпк от нас, внесены в каталоги сверхновых и пульсаров и дают заметный вклад в сигнал, регистрируемый у Земли. Другими словами, в новой модели отклонения спектров от расчётных величин рассматриваются как простые флуктуации потока КЛ, отвечающие определённой реальной конфигурации локальных источников.

Тестирование модели завершилось успешно: астрофизики без особых проблем получили спектры ядер водорода и гелия, согласующиеся с данными PAMELA и CREAM в диапазоне энергий шириной в четыре порядка.

Подготовлено по материалам arXiv.