Обнаружены космические лучи, испускаемые соседним загадочным объектом

		Международная группа исследователей обнаружила приводящий в замешательство избыток электронов высокой энергии, бомбардирующих Землю из космоса. Источник этих космических лучей неизвестен, но он должен находиться по соседству с солнечной системой и может состоять из темной материи. О результатах исследований этой группы сообщается в выпуске журнала Nature от 20 ноября.

Чтобы изучить наиболее мощные и интересные космические лучи, Вефель (Wefel) с коллегами последние восемь лет проводили, занимаясь запуском серии воздушных шаров в стратосферу над Антарктидой. Каждый раз в качестве полезного груза использовался детектор космических лучей, поставляемый НАСА (NASA-National Aeronautics and Space Administration - Национальное агентство по аэронавтике и исследованию космического пространства ), и названный ATIC, сокращенно от Advanced Thin Ionization Calorimeter -усовершенствованный чувствительный ионизационный калориметр. Группа исследователей предполагала, что ATIC будет подсчитывать компоненты, из которых состоит обычная смесь (масса) частиц, главным образом, это протоны и ионы, но калориметр обнаружил кое-что еще: избыток электронов высокой энергии.

Вефель сравнивает это с движением по автостраде легковых автомобилей типа «седан», микроавтобусов и грузовых автомибилей—как вдруг стайка стремительно несущихся спортивных авто Ламборгини (Lamborghinis) появляется в потоке обычного транспорта. "Вы не ожидаете увидеть сразу так много гоночных автомобилей на трассе—или, что то же самое, так много электронов высокой энергии в массе космических лучей." В течение пяти-недельного полета на воздушном шаре в 2000 и 2003 годах ATIC насчитал 70 избыточных электронов в диапазоне энергий 300-800 гигаэлектрон-вольт (GeV). ("Избыток" означает выход за пределы обычного ожидаемого количества из галактического фона.) Семьдесят электронов может казаться не очень большим числом, но подобно явлению семидесяти Ламборгини на автостраде, это существенная прибавка!

На рисунке справа: подсчеты электронов высокой энергии калориметром ATIC. Кривая треугольного типа, построенная в соответствии с данными, получена из модели аннигиляции (уничтожения) темной материи, характеризующей частицу Калуцы- Клейна (Kaluza-Klein) с массой, обладающей энергией 620 гигаэлектрон-вольт (GeV). Подробную информацию можно найти в выпуске журнала Nature от 20 ноября 2008 года : "Избыток электронов с энергиями 300-800 гигаэлектрон-вольт в космических лучах," автор Дж. Чанг и другие ( J. Chang et al).

Надписи на рисунке:
ATIC Cosmic Ray Counts - Подсчеты (энергии) космических лучей калориметром ATIC.
Excess electrons – избыточные электроны.
Energy (GeV) – энергия (гигаэлектрон-вольты).

"Источник этих неожиданных электронов должен находиться относительно близко к солнечной системе— на расстоянии не более одного килопарсека," говорит соавтор Джим Адамс (Jim Adams) из Центра космических полетов НАСА им. Маршалла.

Почему источник должен быть поблизости? Адамс (Adams) поясняет : "Электроны высокой энергии быстро теряют энергию, когда пролетают через галактику. Они отдают энергию двумя основными способами: (1) когда соударяются с медленными фотонами, этот процесс называется обратным эффектом Комптона (Compton), и (2) когда они излучают часть своей энергии, двигаясь по спирали в галактическом магнитном поле." К тому времени, когда электрон совершит путешествие длиной в целый килопарсек, он уже не будет обладать такой «высокой энергией».

Следовательно, электроны высокой энергии являются «местными». Некоторые члены исследовательской группы полагают, что источник может быть удален менее, чем на несколько сотен парсеков. Для сравнения, диск спиральной галактики «Млечный путь» имеет ширину порядка тридцати тысяч парсеков. (Один парсек приблизительно равен трем световым годам.).

"К сожалению," говорит Вефель (Wefel), "мы не можем точно определить местонахождение источника на небе." Хотя ATIC и регистрирует направление, откуда поступают частицы, достаточно трудно перевести углы прихода этих электронов в небесные координаты. Для начала, детектор находился в корзинке воздушного шара, качающейся при движении вокруг Южного полюса в турбулентном вихре высотных ветров; что усложняло определение искомой точки. Кроме того, поступающие электроны имели направление движения, в какой-то степени искаженное магнитными полями. "Самое лучшее, на что можно было надеяться, так это то, что ATIC сможет измерить общую анизотропию—одной стороны звездного неба в сравнении с другой."


На снимках сверху: детектор космических лучей ATIC поднимается в стратосферу, привязанный к воздушному шару для исследований верхних слоев атмосферы и другие снимки запуска.

Такая неопределенность дает полную свободу полету фантазии. Минимальные открывшиеся неожиданные перспективы, например, включают: соседний пульсар, «микроквазар» или черную дыру из звездной массы—все они способны ускорять электроны до указанных энергий. Вполне возможно, что такой источник притаился где-то неподалеку. Недавно запущенный НАСА космический телескоп гамма-излучения Ферми (Fermi Gamma-ray Space Telescope) – это только начальный этап в обследовании звездного неба с помощью приборов с чувствительностью, достаточной для выявления некоторых таких объектов.

Еще более привлекательная перспектива – темная материя.

Существует класс теорий физики, который носит название "Теории Калуцы-Клейна (Kaluza-Klein)", которые занимаются поиском того, как согласовать силы гравитации с другими фундаментальными силами, если взять за основу дополнительные измерения (координаты). Известная человеку обычная трехмерная (3D) система измерений, может быть дополнена целыми восемью измерениями, которые вполне вписываются в космическое пространство, окружающее нас. Популярное, но еще не проверенное объяснение сущности темной материи заключается в том, что частицы темной материи «обитают» в дополнительных измерениях. Мы ощущаем их присутствие через силы гравитации, но не можем «почувствовать» их никаким другим способом.

Каким образом темная материя производит избыточные космические лучи? Частицы Калуцы-Клейна (Kaluza-Klein) обладают любопытным свойством (одним из многих), которое заключается в том, что они являются собственными античастицами. При столкновении двух таких частиц, они истребляют друг друга, при этом образуется мелкая «пыль» из фотонов и электронов, обладающих высокой энергией. Электроны не теряются в невидимых измерениях, однако, они материализуются в реальном 3-мерном мире, в котором ATIC может обнаружить их в виде «космических лучей».