Земля под прицелом: невидимый объект бомбардирует нас электронами-гигантами

Представьте себе поток невидимых частиц, которые несутся почти со скоростью света и обрушиваются на нашу планету откуда-то из космического соседства. Именно это обнаружила международная группа учёных, чьи результаты опубликовал журнал Nature. Речь идёт об избытке электронов высоких энергий — явлении, которое не вписывается в привычную картину галактических космических лучей. Источник этих частиц остаётся загадкой, но исследователи уже выдвинули несколько интригующих гипотез.

Что зафиксировали детекторы над Антарктикой

Космические лучи — это потоки элементарных частиц: протонов, нейтронов, электронов и заряженных ионов. Обычно они разгоняются до околосветовых скоростей в ходе взрывов сверхновых и других катастрофических событий. Чтобы поймать их, учёные подняли в стратосферу над Антарктикой аэростаты со специальным детектором ATIC. Ожидалось, что прибор зарегистрирует стандартную смесь протонов и ионов, типичную для галактического фона. Но данные преподнесли сюрприз: детектор уловил аномально много электронов с энергиями, которые трудно объяснить обычными процессами.

Джон Вефел из Университета Луизианы, один из авторов исследования, пояснил: учёные наткнулись на дискретный источник, выделяющийся из общего фона. Электроны таких энергий не могут путешествовать далеко — они быстро теряют энергию при столкновениях с фотонами и под действием галактического магнитного поля. Поэтому, как отметил соавтор работы Джим Адамс из Центра НАСА имени Маршалла, источник должен находиться сравнительно близко к нам — не дальше килопарсека. Некоторые исследователи сужают эту область до нескольких сотен парсек. Для масштаба: один парсек — это примерно три световых года, а диаметр нашей Галактики — около 30 тысяч парсек. Так что таинственный объект, по космическим меркам, действительно у нас под боком.

Подозреваемые: пульсар, чёрная дыра или нечто иное

Кто же способен ускорять электроны до столь высоких энергий? Первыми в списке кандидатов идут близкие пульсары или чёрные дыры — эти экстремальные объекты как раз славятся умением разгонять частицы. Однако есть и более экзотическая версия, которая привлекает особое внимание физиков.

Речь идёт о тёмной материи — загадочной субстанции, которая не взаимодействует с обычным веществом иначе как через гравитацию. Её природа до сих пор не раскрыта, но одна из гипотез, опирающаяся на теории Калуцы — Клейна, предполагает, что частицы тёмной материи обитают в дополнительных пространственных измерениях. Эти теории пытаются объединить гравитацию с другими фундаментальными взаимодействиями — электромагнитным, слабым и сильным. Согласно им, частицы тёмной материи могут аннигилировать друг с другом, порождая фотоны и электроны высоких энергий. Именно такие электроны и засёк детектор ATIC.

Джон Вефел подчеркнул: данные можно объяснить существованием поблизости от Солнечной системы облака или сгустка тёмной материи. Теория Калуцы — Клейна предсказывает существование частиц с энергией около 620 гигаэлектронвольт, которые при аннигиляции давали бы электроны как раз той энергии, что наблюдали исследователи.

Что дальше: охота с гамма-телескопом «Ферми»

Пока ни одна из гипотез не подтверждена окончательно. Чтобы разгадать происхождение загадочных электронов, учёные возлагают надежды на гамма-телескоп «Ферми». Он способен улавливать высокоэнергетическое излучение, которое должно сопровождать аннигиляцию частиц тёмной материи или работу других космических ускорителей. Если «Ферми» обнаружит соответствующий сигнал из той же области неба, это станет серьёзным аргументом в пользу экзотической версии.

Открытие ставит перед астрофизиками интригующий вопрос: что за невидимый объект, возможно, состоящий из тёмной материи, скрывается в нашем галактическом окружении и обстреливает Землю электронами-гигантами? Ответ может изменить наши представления не только о космических лучах, но и о самой структуре Вселенной.