Избыток космических лучей: альфа-магнитный спектрометр на МКС сделал открытие

Альфа-магнитный спектрометр (в центре слева) на Международной космической станции. Автор: NASA

Космические лучи снова сбивают с толку ученых. Последний анализ данных, собранных альфа-магнитным спектрометром (AMS) на борту Международной космической станции, выявил удивительный избыток космических лучей, состоящих из дейтронов — атомных ядер, состоящих из протона и нейтрона.

Открытие, описанное в статье, опубликованной в Physical Review Letters, пополняет растущий список неожиданных результатов, полученных с помощью космического детектора, собранного в ЦЕРНе и зарегистрировавшего более 238 миллиардов космических лучей частиц различных видов с момента начала сбора данных в 2011 году.

Частицы космических лучей делятся на два основных класса: первичные и вторичные. Первичные космические лучи образуются в космических источниках, таких как взрывы сверхновых, тогда как вторичные космические лучи производятся при взаимодействии первичных космических лучей с межзвездной средой.

В своем последнем исследовании коллаборация AMS изучила данные 21 миллиона космических дейтронов, обнаруженных AMS с мая 2011 года по апрель 2021 года. Исследуя, как количество, или «поток», дейтронов меняется в зависимости от жесткости, то есть импульса частицы по отношению к электрическому заряду, команда AMS обнаружила удивительные особенности.

Предполагается, что дейтроны образуются таким же образом, как и ядра гелия-3, при столкновениях первичных ядер гелия-4 с другими ядрами в межзвездной среде. Если это действительно так, то отношение потоков дейтронов к гелию-4 должно быть похоже на отношение потоков гелия-3 к гелию-4.

Но это не то, что видит AMS. Напротив, данные AMS показывают, что эти отношения заметно отличаются выше жесткости 4,5 гигавольт (ГВ), причем отношение дейтрона к гелию-4 падает менее круто с жесткостью, чем отношение гелия-3 к гелию-4. Кроме того, и снова бросая вызов ожиданиям, выше жесткости 13 ГВ данные показывают, что поток дейтронов почти идентичен потоку протонов, которые являются первичными космическими лучами.

Проще говоря, AMS обнаружил больше дейтронов, чем ожидалось, в результате столкновений первичных ядер гелия-4 с межзвездной средой.

«Измерение дейтронов довольно сложно из-за большого космического протонного фона», — говорит представитель AMS Сэмюэл Тинг. «Наши неожиданные результаты продолжают показывать, как мало мы знаем о космических лучах. С предстоящим обновлением AMS, которое увеличит его приемистость на 300%, AMS сможет измерять все заряженные космические лучи с точностью до одного процента и обеспечить экспериментальную основу для разработки точной теории космических лучей».

Больше информации: M. Aguilar et al, Properties of Cosmic Deuterons Measured by the Alpha Magnetic Spectrometer, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.261001

Источник: CERN