Астрофизики, анализирующие данные гамма-телескопа Ферми (миссии НАСА), обнаружили избыток гамма-излучения в гигаэлектронвольтном диапазоне, приходящий от объекта LHAASO J1912+1014u. На основе последующих многоволновых наблюдений и детального исследования этот источник был надёжно идентифицирован как протонный певатрон — природный ускоритель частиц, способный разгонять протоны до энергий порядка петаэлектронвольт. На опубликованном изображении объект обведён сплошной окружностью, отражающей его значительную протяжённость: угловой диаметр превышает 1 градус, тогда как пунктирная окружность показывает видимый размер Луны для сравнения.
Космические лучи, заполняющие пространство Млечного Пути, представляют собой потоки частиц, в основном протонов и в меньшей мере электронов. Хотя построенные людьми ускорители, такие как Большой адронный коллайдер на границе Швейцарии и Франции, способны разгонять протоны почти до световой скорости, естественные космические механизмы сообщают частицам ещё более экстремальные импульсы. Именно поэтому понимание природы этих природных ускорителей имеет принципиальное значение для астрономии и астрофизики, позволяя прослеживать события, происходящие в галактике.
Международный коллектив исследователей, руководимый Университетом Хиросимы, сопоставил данные трёх крупных обсерваторий, работающих на Земле и в космосе, и окончательно подтвердил существование галактического ускорителя. Итоги работы опубликованы в Астрофизическом журнале 16 июля 2026 года.
Проблема идентификации: протонные сигналы против электронных
«Эта огромная энергия порождает космические лучи, необходимые для астрономии и астрофизики», — отмечает первый автор исследования Цунэфуми Мизуно, доцент Хиросимского астрофизического научного центра. Энергия таких частиц измеряется в электрон-вольтах — величине, равной энергии, приобретаемой электроном при прохождении разности потенциалов в один вольт. Наиболее высокоэнергичные галактические космические лучи могут превышать один квадриллион (1015) электрон-вольт, что соответствует петаэлектронвольту (ПэВ). Обнаружение источника, ускоряющего протоны до таких значений, — протонного певатрона — считается одной из самых захватывающих задач современной астрофизики, и теперь один такой объект, известный как LHAASO J1912+1014u, идентифицирован.
Протонный певатрон представляет собой гипотетический космический ускоритель, который выталкивает протоны за петаэлектронвольтный порог. Идентифицировать подобные объекты крайне сложно, поскольку исследователям приходится различать сигналы, возникшие при участии протонов, и сигналы, порождённые высокоэнергетическими электронами.
Гамма-лучи, представляющие собой наиболее энергичную форму электромагнитного излучения, образуются при взаимодействии космических частиц с окружающей средой. Их энергия обычно составляет около одной десятой энергии породивших их космических лучей. Поэтому источники, демонстрирующие гамма-излучение ниже пэвного порога, могут рассматриваться как вероятные кандидаты в певатроны. Данные эксперимента Tibet AS, который проводится при участии Японии и Китая с 1990 года, а также результаты китайской обсерватории воздушных ливней LHAASO позволили выявить десять источников гамма-излучения с энергией выше 0,1 ПэВ. Среди них — LHAASO J1912+1014u. Ранее предполагалось, что этот объект может оказаться пульсарной ветровой туманностью либо иным типом остатков, возникших после взрыва массивной звезды.
Однако, как подчёркивает Мизуно, сведения, полученные с помощью Tibet AS и LHAASO, сами по себе не дают однозначного ответа о природе источника, ведь электронные пучки в пэвной области также способны генерировать гамма-лучи с меньшими энергиями. Из-за ограниченного углового разрешения этих наблюдений астрофизики не могли детально рассмотреть область и установить, какие именно частицы ответственны за регистрируемое излучение.
Недостающие сведения были получены благодаря трём другим инструментам: гамма-телескопу Fermi-LAT — миссии НАСА, в создании и эксплуатации которой принимал участие Университет Хиросимы; обзору FUGIN, выполненному с помощью 45-метрового телескопа Нобеяма под руководством японских астрономов; рентгеновской обсерватории «Чандра», также принадлежащей НАСА. Совместный анализ всех этих данных окончательно подтвердил, что LHAASO J1912+1014u действительно ускоряет протоны до петаэлектронвольтных энергий.
LHAASO J1912+1014u была открыта в 2024 году. Она расположена в созвездии Орлы недалеко от Альтаира, одной из известных звезд, образующих Летний треугольник. Ученые первоначально классифицировали объект как крайнюю сверхновую, но эта интерпретация стала менее однозначной после того, как были обнаружены выбросы с энергией выше 100 ТэВ.
«Используя несколько данных экспериментов, мы подробно изучили LHAASO J1912+1014u», — сказал он. — сказал Мизуно.
Вместе обсерватории электронных измерений в диапазоне частичного электромагнитного излучения, от радиоволн до гамма-лучей. Исследователями этого ресурса построят подробную многоволновую модель источника.
Объединение сигналов энергетического излучения
Fermi-LAT измерил амплитуду-лучи с энергией около гигаэлектронвольта (ГэВ), равной одному миллиарду электронвольт. Чандра проводила рентгеновские наблюдения при более низких энергиях, а ФУГИН предоставил радиоданные при еще более низких энергиях.
Команда провела эти измерения с наблюдениями в тераэлектронвольтах (ТэВ) с помощью таких инструментов, как LHAASO. Полученная картина убедительно сформулирована в том, что LHAASO J1912+1014u представляет собой протон PeVatron, и представляет исследователям возможность других возможных объяснений.
Три основных компонента подтверждают этот вывод.
Во-первых, сигнал гамма-излучения плавно расширился от более чем 100 триллионов электрон-вольт до 400 миллионов электрон-вольт. По словам Мизуно, широкий диапазон энергий делал мало невероятных вещей, что в первую очередь привело к нарушению электронов.
Во-вторых, результаты измерения-лучей в ГэВ точно показывают индикатор межзвездного газа, нанесенного на карту с помощью радионаблюдений FUGIN. Такая связь ведет, когда протоны с высоким уровнем энергопотребления сталкиваются с проблемами природного газа и производства выбросов.
В-третьих, «Чандра» обнаружила лишь очень слабое диффузное рентгеновское излучение. Обычно ожидалось, что источник, в котором преобладают ускоренные электроны, будет выдавать более сильные рентгеновские сигналы, поэтому слабое излучение еще раз подтвердило протонное объяснение.
Три набора данных раскрывают один космический двигатель
«Это исследование проводится коллективными усилиями. Есть старая японская поговорка: «Одну стрелу легко сломать, а вот три стрелы, связанные вместе, — нет». — сказал Мизуно. «В этом направлении три направления — данные гамма-излучения Ферми-LAT ГэВ, радиоданные FUGIN и рентгеновские данные Чандры — объединены вместе посредством детального многоволнового исследования, перехода, который наша цель, LHAASO J1912+1014u, представляет собой протон излучения PeVatron».
Исследование не просто идентифицировало источник как PeVatron. Исследователи также изучили характеристики воздушных частиц и получили информацию, которая может помочь определить, какой объект запускает этот процесс.
Мизуно сказал, что в Млечном Пути присутствуют десятки других возможных протонных певатронов. Теперь план более тщательно изучит этих кандидатов, чтобы определить, сколько из них может быть одобрено и какие критерии относятся к объектам их производства.
Наото Накахара из Университета Хиросимы; Хидетоши Сано и amp; Такеру Мурасе из Университета Гифу; Томохико Ока из Университета Юлиуса-Максимилиана в Вюрцбурге; и Хиромаса Судзуки из Университета Миядзаки стали соавторами исследований.
Сотрудничество Fermi LAT-ретрансляция благодарность за постоянную щедрую поддержку со стороны передачи управления аэронавтикой и исследованием космического пространства (НАСА) и трубопровода стабилизации (DOE) США; Комиссариат à l'Energie Atomique и Национальный центр научных исследований/Национальный институт ядерной физики и физических частиц во Франции; Итальянское пространственное агентство и Национальный институт ядерной физики в Италии; Министерство образования, культуры, спорта, науки и технологий (MEXT), Организация по исследованию ускорителей высоких энергий (KEK) и Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) в Японии; и Фонд К.А. Валленберга, Шведский исследовательский совет и Шведский национальный космический совет в Швеции. Дополнительная поддержка стороны научного анализа с появлением института астрофизики в Италии; и Национальный центр внешних исследований во Франции.
Эта работа частично выполняется в соответствии с контрактом энергетики США (DOE) DE-AC02-76SF00515. Эта работа также частично поддерживала грант на поддержку университетских исследований Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ); Японское общество науки (JSPS) KAKENHI (23K25882, 23H04895, 22H00152, 24H00246, 24K17093).