Китайские астрономы обнаружили мощнейший во Вселенной ускоритель частиц — он в 4400 раз превосходит БАК

Китайская обсерватория LHAASO обнаружила в Млечном Пути источник, способный разгонять протоны как минимум до 30 ПэВ (петаэлектронвольт). Им оказалась система Лебедь X-3, расположенная примерно в 30 тыс. световых лет от Земли. Учёные называют её самым высокоэнергетическим известным источником переменного гамма-излучения: оттуда зарегистрированы гамма-кванты с энергией до 3,7 ПэВ.

Лебедь X-3 представляет собой тесную двойную систему, в которой массивная звезда типа Вольфа–Райе обращается вокруг компактного объекта — вероятно, чёрной дыры или нейтронной звезды. Компактный объект перетягивает вещество звезды-компаньона, часть которого падает на него, а часть выбрасывается в виде узких релятивистских струй. Именно в основании одной из таких струй протоны, по расчётам исследователей, могут получать энергию в десятки петаэлектронвольт.

Открытие сделала установка LHAASO, находящаяся на высоте около 4,4 км в китайской провинции Сычуань. Её массив датчиков KM2A площадью примерно 1,3 км² регистрирует каскады вторичных частиц, возникающих при попадании гамма-квантов в атмосферу Земли. Наблюдения показали, что интенсивность излучения Лебедя X-3 меняется: сигнал усиливался одновременно со вспышками более низкоэнергетических гамма-лучей, которые также фиксировал космический телескоп NASA Fermi, а в спокойные периоды почти исчезал.

Кроме того, в потоке гамма-лучей обнаружились признаки периода продолжительностью 4,8 часа — столько длится один оборот объектов в изучаемой системы друг вокруг друга. Это позволило связать источник излучения непосредственно с окрестностями двойной системы, а не с огромным окружающим её облаком. Предполагается, что ускоренные протоны сталкиваются с ультрафиолетовыми фотонами массивной звезды и рождают нестабильные частицы, распад которых создаёт гамма-кванты и, вероятно, нейтрино. Лебедь X-3 тем самым становится природной лабораторией для изучения того, как чёрные дыры и нейтронные звёзды превращают падающее вещество в потоки частиц экстремальной энергии.

По придаваемой протону энергии природный ускоритель Лебедь X-3 примерно в 4400 раз превосходит возможности Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе. Это отлично иллюстрирует фразу советского физика Якова Зельдовича, опубликованную в работе-обзоре в журнале Physics Today в марте 1988 года: «Вселенная — ускоритель для бедных, — таков девиз этого нового направления». Физик предрёк сближение космологии и физики элементарных частиц, когда Вселенная сама выступает инструментом, недоступным на Земле за все деньги мира.