Большой адронный коллайдер? Детская забава по сравнению с тем, что устраивают умирающие звёзды

Астрономы почти разгадали одну из величайших космических загадок: как сверхновые звёзды превращаются в самые мощные ускорители частиц во Вселенной. Оказалось, что взрывы сверхновых способны генерировать невероятно мощные потоки энергии, но только при соблюдении особых условий — светило должно буквально «раздеться» перед своей смертью.

Почти столетие учёные фиксируют струи высокоэнергетичных частиц, прилетающих из далёких уголков космоса. Эти космические лучи состоят преимущественно из протонов, а иногда — из ядер тяжёлых элементов. Магнитное поле Земли отклоняет большинство потоков, верхние слои атмосферы поглощают остальные, но некоторые всё же достигают поверхности планеты. Примерно каждую секунду один луч попадает прямо в ваше тело, пронизывая его насквозь.

Энергетический диапазон частиц поражает воображение. Самые мощные достигают одного петаэлектронвольта — это квадриллион электронвольт, что в тысячу раз превышает энергию столкновений в Большом адронном коллайдере . Крупнейший ускоритель планеты кажется детской игрушкой по сравнению с тем, что творится в глубинах космоса.

Десятилетиями астрономы подозревали: источником столь чудовищной энергии служат взрывы массивных звёзд. Сверхновые обладают всеми необходимыми компонентами — колоссальная детонация высвобождает достаточно энергии, порождает потоки элементарных частиц , а магнитные поля разгоняют их до безумных скоростей перед выбросом в межзвёздное пространство.

Однако наблюдения близких остатков сверхновых вроде Тихо и Кассиопеи А не оправдали ожиданий. Космические лучи, исходящие от этих объектов, оказались значительно слабее предсказанных теорией. Так что многие физики начали сомневаться в правильности гипотезы о сверхновых.

Однако недавнее исследование , принятое к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics, реабилитировало репутацию взрывающихся звёзд. Учёные доказали: остатки сверхновых действительно способны стать «петавольтронами», но только при соблюдении строгих условий: перед взрывом звезда должна сбросить огромное количество массы — минимум эквивалент двух Солнц. Подобное явление встречается довольно часто: мощные звёздные ветра способны сдуть внешние слои атмосферы светила задолго до основной катастрофы. Критически важно, чтобы выброшенный материал не рассеялся в пространстве, а остался плотным и компактным.

Когда сверхновая наконец взрывается, ударная волна от детонации врезается в оболочку. Именно тогда начинается настоящий ад — физические процессы достигают невообразимой интенсивности.

Ударная волна, проносясь сквозь выброшенное вещество, раскручивает магнитные поля до невероятной мощности. Они захватывают любые случайные субатомные элементы — обломки в оболочке — и начинают их безжалостно ускорять. Микрочастицы отскакивают взад-вперёд внутри ударной волны, словно мячики для пинг-понга между невидимыми ракетками.

С каждым отскоком квант набирает всё больше энергии и наконец вырывается из хаоса, чтобы устремиться в межзвёздные просторы со скоростью, близкой к световой.

Однако подобная космическая «пушка» работает лишь несколько месяцев. Ударная волна постепенно замедляется и теряет свою разрушительную силу. Система продолжает производить обычные космические лучи, но уже не способна преодолеть петаэлектронвольтный барьер. Окно возможностей для создания сверхэнергичных частиц захлопывается навсегда.

Именно этот сценарий объясняет, почему астрономы никогда не наблюдали активные петавольтроны в действии. Сверхновые вспыхивают в Млечном Пути каждые несколько лет, но ни одна из них не произошла достаточно близко в современную эпоху, чтобы мы успели зафиксировать момент.

Результаты исследования заставляют пересмотреть представления о роли сверхновых в эволюции галактик. Умирающие светила не просто разбрасывают тяжёлые элементы по окрестностям — они порождают потоки сверхэнергичных излучений, способных влиять на рождение новых звёзд и формирование планетных систем на огромных расстояниях от эпицентра детонации.

Астрономам остаётся только терпеливо ждать следующую близкую сверхновую, чтобы наконец увидеть петавольтрон в работе. Возможно, когда это произойдёт, человечество получит уникальную возможность открыть новые законы физики высоких энергий. Но предсказать дату - нереально.