Новая теория предполагает, что слияния звезд порождают частицы с самой высокой энергией во Вселенной

Новая статья физика из Нью-Йоркского университета Гленнис Фаррар предлагает инструмент для понимания самых катастрофических событий во Вселенной: слияние двух нейтронных звезд с образованием черной дыры. На приведенной выше иллюстрации две нейтронные звезды находятся на грани столкновения. Автор: NASA's Goddard Space Flight Center.

Космические лучи сверхвысокой энергии — это самые высокоэнергетические частицы во Вселенной, чьи энергии в миллион раз превышают те, которые могут быть достигнуты человеком. Но хотя существование КЛ сверхвысокой энергии известно уже 60 лет, исследователям не удалось сформулировать удовлетворительное объяснение их происхождения, которое бы объясняло все наблюдения.

Однако новая теория, представленная физиком из Нью-Йоркского университета Гленнис Фаррар, дает жизнеспособное и проверяемое объяснение того, как создаются КЛУВЭ.

«После шести десятилетий усилий происхождение загадочных частиц с самой высокой энергией во Вселенной, возможно, наконец-то было идентифицировано», — говорит Фаррар, профессор физики и профессор университета Нью-Йорка Джулиус Сильвер, Розалинд С. Сильвер и Энид Сильвер Уинслоу. «Это понимание дает новый инструмент для понимания самых катастрофических событий во Вселенной: слияние двух нейтронных звезд с образованием черной дыры, что является процессом, ответственным за создание многих драгоценных или экзотических элементов, включая золото, платину, уран, йод и ксенон».

На этих снимках показано слияние двух нейтронных звезд, недавно смоделированное с помощью новой суперкомпьютерной модели. Более красные цвета указывают на более низкую плотность. Зеленые и белые ленты и линии представляют магнитные поля. Орбитальные нейтронные звезды быстро теряют энергию, испуская гравитационные волны, и сливаются примерно через три оборота, или менее чем за 8 миллисекунд. Слияние усиливает и перемешивает объединенное магнитное поле. Образуется черная дыра, и магнитное поле становится более организованным, в конечном итоге создавая структуры, способные поддерживать струи, которые питают короткие гамма-всплески. Автор: NASA/AEI/ZIB/M. Koppitz and L. Rezzolla.

Предложение Фаррара в Physical Review Letters впервые объясняет две наиболее загадочные особенности КЛУВЭ: тесную корреляцию между энергией КЛУВЭ и его электрическим зарядом, а также необычайную энергию нескольких событий с самой высокой энергией.

Из анализа Фаррара вытекают два следствия, которые могут получить экспериментальное подтверждение в будущих работах:

• Самые высокоэнергетические КЛУВЭ происходят из редких элементов «r-процесса», таких как ксенон и теллур, что мотивирует поиск такого компонента в данных КЛУВЭ.
• Нейтрино чрезвычайно высокой энергии, возникающие в результате столкновений космических лучей сверхвысокой энергии, обязательно сопровождаются гравитационной волной, возникающей при слиянии родительских нейтронных звезд.

Больше информации: Glennys R. Farrar, Binary Neutron Star Mergers as the Source of the Highest Energy Cosmic Rays, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.081003

Источник: New York University