Повторная новая оказалась сверхмощным естественным ускорителем частиц

Гамма-телескоп H.E.S.S. помог наблюдать вспышку повторной сверхновой RS Змееносца в 2021 году от начала и до конца, уловив поток частиц сверхвысоких энергий, которые ускорены этим взрывом почти до теоретического предела. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Science. Также о работе рассказывается в пресс-релизе немецкого исследовательского центра DESY, который управляет H.E.S.S.

Некоторые звезды могут резко и ярко вспыхивать с интервалом в несколько десятков лет. Эти вспышки не столь мощны, как у сверхновых: яркость звезды временно подскакивает «всего лишь» на десять звездных величин, и сама она остается целой. Классический пример подобной повторной новой — RS Змееносца, которая вспыхивает каждые 15-20 лет. Как и некоторые другие такие звезды, RS Змееносца — двойная система, состоящая из красного гиганта и белого карлика, находящихся на совсем небольшой дистанции, примерно как Земля и Солнце.

Считается, что ее вспышки связаны с накоплением вещества, которое более плотный карлик перетягивает от своего рыхлого раздувшегося соседа. Когда массы этого вещества становится достаточно, в нем запускаются термоядерные процессы, быстро приводящие к взрыву и вспышке. Яркость RS Змееносца ненадолго подскакивает в сотню тысяч раз выше, чем у Солнца. Созданная взрывом ударная волна распространяется в окружающем систему облаке, сталкивается с его частицами и ускоряет их, отправляя в дальний полет на огромной скорости.

Некоторые из этих частиц в конце концов влетают в земную атмосферу. Ударяясь с частицами в ней, они рождают целый ливень короткоживущих частиц, излучение которых можно наблюдать с помощью черенковских гамма-телескопов. Именно так работающие в Намибии телескопы H.E.S.S. проследили за последней вспышкой RS Змееносца, зафиксированной в августе 2021 года. Благодаря H.E.S.S. авторам удалось проанализировать вспышку с самого начала и вплоть до месяца после, когда поток высокоэнергетических частиц, наконец, упал.

Работа показала, что сила термоядерных взрывов в RS Змееносца превращается в энергию ускоренных частиц с исключительной эффективностью, близкой к теоретическому пределу. Частица, ускоренная этой новой, может нести более 100 гигаэлектронвольт — в сотни тысяч раз больше, чем у других подобных систем. Энергия выброшенных ядерным взрывом альфа-частиц в тысячи раз ниже.

Любопытно, что пик появления самых «энергичных» частиц у RS Змееносца зафиксировали на пару дней позднее, чем пик не столь мощных частиц. По-видимому, именно такой срок нужен вспышке на то, чтобы ее ударная волна набрала полную силу.