Ученые воссоздали космические «огненные шары» для разгадки тайны пропавших гамма-лучей

Эксперимент Fireball, установленный в зоне облучения HiRadMat. Автор: Джанлука Грегори

Международная команда ученых под руководством Оксфордского университета впервые в мире создала плазменные «огненные шары» с помощью ускорителя Супер протонный синхротрон в ЦЕРНе (Женева). Цель эксперимента — изучение стабильности плазменных струй, исходящих от блазаров.

Результаты, опубликованные в журнале PNAS, могут пролить свет на давнюю загадку о скрытых магнитных полях Вселенной и пропавших гамма-лучах.

Блазары — это активные галактики, питаемые сверхмассивными черными дырами, которые выбрасывают узкие пучки частиц и излучения почти со скоростью света в направлении Земли. Эти струи создают интенсивное гамма-излучение, которое фиксируют наземные телескопы.

Когда эти гамма-лучи высокой энергии путешествуют в межгалактическом пространстве, они сталкиваются с фоновым светом звезд, создавая каскады электрон-позитронных пар. Эти пары должны затем рассеиваться на реликтовом излучении, порождая гамма-лучи меньшей энергии, которые, однако, не фиксируются космическими телескопами, такими как спутник «Ферми».

Одно из объяснений заключается в том, что пары отклоняются слабыми межгалактическими магнитными полями. Другая гипотеза предполагает, что сами пучки частиц становятся нестабильными при движении через разреженную межгалактическую среду.

Чтобы проверить эти теории, исследователи использовали установку HiRadMat в ЦЕРНе для генерации электрон-позитронных пар и пропускания их через метровую плазменную среду. Это создало лабораторный аналог каскада частиц от блазара.

Симуляция взаимодействия пучка электронов и позитронов с плазмой. Автор: Пабло Х. Билбао и Луис О. Сильва

Результаты оказались неожиданными. Вопреки ожиданиям, пучок частиц оставался узким и практически параллельным, с минимальными возмущениями. Это означает, что плазменные неустойчивости слишком слабы, чтобы объяснить отсутствие гамма-лучей низкой энергии, что поддерживает гипотезу о наличии в межгалактической среде магнитного поля — реликта ранней Вселенной.

Профессор Джанлука Грегори, ведущий исследователь, отметил: «Наше исследование демонстрирует, как лабораторные эксперименты могут помочь преодолеть разрыв между теорией и наблюдениями».

Полученные данные поднимают новые вопросы о происхождении магнитных полей в ранней Вселенной. Исследователи надеются, что новые инструменты, такие как Обсерватория черенковского телескопа (CTAO), предоставят более точные данные для дальнейшего изучения этой загадки.