Учёные измерили МГД-турбулентность в гамма-гало туманности Геминга

В рамках эксперимента ASγ в Тибете впервые успешно измерена магнитогидродинамическая (МГД) турбулентность в масштабах менее одного парсека (приблизительно 3,3 световых года) в гамма-гало, окружающем туманность пульсарного ветра Геминга. Это наблюдение распространяется на самые высокие энергии, превышающие 100 тераэлектронвольт (ТэВ), что дает новое понимание поведения космических лучей и магнитных полей в Млечном пути.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances 4 марта. Исследование проводилось в рамках Тибетского эксперимента ASγ, в котором участвовали Институт физики высоких энергий (IHEP) Китайской академии наук (CAS) и Национальные астрономические обсерватории CAS.

Джеминга, близлежащий древний пульсар, расположенный примерно в 250 парсеках (около 800 световых лет) от Земли, служит идеальной лабораторией для одновременного изучения механизмов ускорения и распространения космических лучей. Исследователи наблюдали энергетический спектр электронов/позитронов, инжектированных пульсарной туманностью Джеминги, и обнаружили пороговое значение около 100 ТэВ. Это первое прямое доказательство того, что предел ускорения электронов в этой системе составляет приблизительно 100 ТэВ.

Кроме того, исследователи измерили пространственную протяженность гамма-гало в диапазоне энергий от приблизительно 16 ТэВ до 250 ТэВ. Они обнаружили, что коэффициент диффузии вблизи Геминги составляет всего около 1 процента от среднего значения в галактическом диске Млечного пути, что указывает на сильное подавление диффузии частиц в этом регионе.

Примечательно, что спектр турбулентности, полученный из этих измерений, подчиняется закону масштабирования типа Колмогорова, выведенному из измерений на гораздо больших масштабах в галактическом гало, и сохраняется даже на этих микроскопических масштабах. Турбулентные свойства, полученные из гало Геминги, согласуются с экстраполяциями из измерений галактического диска в более крупных масштабах, впервые экспериментально определяя, что МГД-турбулентность в области, окружающей туманность Гаминги, подчиняется турбулентности типа Колмогорова. Это первое экспериментальное определение характеристик МГД-турбулентности на масштабах менее одного парсека.

Эти результаты имеют важное значение для понимания ускорения и распространения космических лучей (электронов и позитронов) в Млечном пути. Они предполагают, что галактический диск демонстрирует более сильную магнитную турбулентность по сравнению с гало. Они также предполагают, что происхождение сильной турбулентности вокруг туманности Геминга может быть связано с воздействием окружающей среды, открывая новые возможности для понимания сложности распространения космических лучей.

Эксперимент ASγ в Тибете расположен в городе Янбацзин, в Сицзанском автономном районе Китая, на высоте 4300 метров над уровнем моря. С 1990 года он эксплуатируется совместно Китаем и Японией. Подземные детекторы мюонов подавляют 99,92% фонового шума космических лучей, что значительно повышает чувствительность. Эксперимент позволяет с высокой точностью регистрировать гамма-лучи с энергией выше 100 ТэВ от туманности Геминга при низком уровне фонового шума.

Эта работа знаменует собой важный шаг на пути к пониманию распространения космических лучей и динамики магнитного поля во Вселенной. Ожидается, что полученные результаты будут иметь далеко идущие последствия для будущих исследований с использованием многоканальных систем и гамма-излучения высоких энергий.

Читайте также: