Злиття нейтронних зірок породжує найенергетичніші частинки

Нове дослідження фізика Гленніса Фаррара з Нью-Йоркського університету пропонує пояснення походження надвисокоенергетичних космічних променів, пов’язуючи їх із злиттям нейтронних зірок.

Надвисокоенергетичні космічні промені (UHECR) – це частинки, енергія яких перевищує людські досягнення більш ніж у мільйон разів. Незважаючи на 60-річні дослідження, їхнє походження залишалося загадкою. Однак Фаррар висунув теорію, яка пояснює їхню появу через процеси, що відбуваються під час утворення чорних дір.

Фізик зазначає: «Після шести десятиліть зусиль походження загадкових частинок найвищих енергій у Всесвіті, можливо, нарешті визначено». Він вказує, що злиття нейтронних зірок не лише формує чорну діру, а й сприяє створенню важких елементів, таких як золото, платина та уран. Це відкриття може змінити наше розуміння найбільш катаклізмічних подій у Всесвіті.

Механізм прискорення частинок у процесі злиття

Робота, опублікована у Physical Review Letters, описує механізм, за яким UHECR виникають у турбулентних магнітних потоках, що утворюються перед колапсом нейтронних зірок у чорну діру. Саме ці потоки здатні надавати частинкам екстремальні енергії. Крім того, процес супроводжується потужними гравітаційними хвилями, які вже зафіксували детектори LIGO-Virgo.

Новітні комп’ютерні моделі підтверджують цю гіпотезу, демонструючи, як злиття зірок впливає на магнітне поле. Чим ближче зорі до зіткнення, тим сильніше збурюється поле, а після утворення чорної діри воно організується, створюючи структури, що сприяють утворенню високоенергетичних частинок.

Експериментальні підтвердження та перспективи

Фаррар зазначає два ключові наслідки своєї теорії, які можна перевірити в майбутніх дослідженнях. По-перше, UHECR можуть містити сліди рідкісних елементів r-процесу, таких як ксенон і телур. По-друге, нейтрино, що виникають при взаємодії UHECR, супроводжуються гравітаційними хвилями, які можна зафіксувати.

Якщо ці передбачення підтвердяться, це стане найбільшим проривом у вивченні космічних променів за останні десятиліття. Таким чином, результати дослідження Фаррара не лише пояснюють джерело UHECR, а й відкривають новий інструмент для дослідження найекстремальніших подій у Всесвіті.