Происхождение космических лучей
О происхождении космических лучей пока можно сказать мало определённого. Решение этого вопроса с самого начала очень затрудняется ещё и тем обстоятельством, что магнитное поле Земли изменяет первоначальное направление космических лучей.
Общая картина такова, как если бы частицы проникали в солнечную систему со всех сторон. Это в свою очередь может объясняться тем, что межзвездные магнитные поля рассеивают частицы по всем направлениям. Поэтому о местонахождении источника космических лучей и о причине их возникновения мы можем делать только предположения.
Например, пытаются найти отправную точку для дальнейших изысканий в составе этих лучей. Процентное содержание атомных ядер в первичных космических лучах примерно соответствует относительному содержанию химических элементов в космосе.
Однако в двух существенных пунктах он отклоняется от среднего химического состава звёзд. Космические лучи содержат в сравнении со звёздами раз в 10 больше никеля и железа, а также заметные количества лития, бериллия и бора, которые в звёздах практически отсутствуют.
На основе этих, а также ряда других данных можно предположить (хотя и нельзя доказать точно), что источниками космических лучей являются грандиозные взрывы звёзд, в результате которых на небе вспыхивают так называемые Сверхновые. Эти внезапно появляющиеся на небе звёзды имеют колоссальный блеск и в большинстве случаев через несколько дней перестают быть видимы.
Такое необычное явление наблюдали, в частности, китайские астрономы в 1054 г. Остатки этой звезды существуют ещё и сегодня в виде Крабовидной туманности в созвездии Тельца. В районе туманности массы газа удаляются друг от друга со скоростью 1100 км/сек.
Почему происходит вспышка Сверхновой, пока остаётся только гадать. Возможно, на определённой стадии эволюции звезды равновесие между тяготением и давлением в недрах звезды резко нарушается в пользу тяготения, что приводит к катастрофе. Огромные массы водорода и гелия из атмосферы звезды вторгаются в её раскаленные недра.
Описанные нами ядерные реакции, которые в обычных условиях протекают спокойно, без нарушения равновесия, сейчас вызывают колоссальный взрыв. Светимость звезды повышается при этом в десятки миллионов раз и в первые дни звезда светит как миллионы солнц.
Таким образом, «Сверхновая»- это не новая звезда. Она развивается из уже существовавшего объекта. Если в составе вещества звезды было относительно много никеля и железа, то этим, возможно, и объясняется сравнительно большая насыщенность космических лучей ядрами этих элементов.
А наличие лития, бериллия и бора можно объяснить процессами распада, которые претерпевают эти ядра на их долгом пути через космическое пространство при столкновении с находящимися там частицами.
Вторая серьёзная проблема — это исключительно высокая энергия космических лучей. Не существует ни одного известного радиоактивного или ядерного процесса, при котором энергия частиц достигала бы 1016 эв.
Чтобы объяснить это, надо принять, что в данном случае частицы ускоряются в космических магнитных полях, имеющих огромную протяжённость. Такие поля действительно существуют в космосе.
В Галактике, например, магнитные силовые линии проходят параллельно спиральным рукавам.
Многие звёзды имеют собственные магнитные поля значительной напряжённости, и магнитными полями пронизана вся межзвёздная среда. А так как изменяющееся по времени магнитное поле индуцирует электрическое поле, то тем самым сразу же создаётся возможность приобретения электрически заряженными частицами космических лучей соответствующих ускорений.
Ключом к решению проблемы образования космических лучей для группы под руководством Стефана Фанка (Stefan Funk) из американской Национальной ускорительной лаборатории SLAC стало образование γ-излучения, которое наблюдается при столкновении высокоэнергетических протонов с низкоэнергетическими частицами.
Как сообщается в журнале Science, команда учёных предположила, что если космические лучи образуются в районе взрыва сверхновой, то там должно появляться достаточно γ-лучей, чтобы иметь возможность засечь их с Земли.
Астрофизики воспользовались космическим телескопом Fermi для наблюдения за двумя остатками сверхновых, известных под индексами IC 443 и W44. Как и следовало ожидать, высокоточные инструменты засекли в обеих областях большое количество γ-квантов в расчётном диапазоне.
