Учёные впервые «прощупали» турбулентность магнитного поля у пульсара Геминга

Эксперимент Tibet ASγ впервые измерил магнитогидродинамическую турбулентность рядом с пульсаром Геминга на масштабах меньше 1 парсека — меньше 3,3 световых лет! Данные позволяют напрямую увидеть хаотичную работу магнитных полей рядом с источником космических лучей, где энергия частиц превышает 100 тераэлектронвольт.

Почему Геминга так удобен для наблюдений

Туманность находится всего в 250 парсеках от Земли, около 800 световых лет. Вокруг пульсара образовалась пульсарная туманность ветра (PWN), где разгоняются электроны и позитроны. Она позволяет одновременно изучать два ключевых вопроса: как частицы набирают энергию и как распространяются в межзвёздной среде.

Первое прямое измерение потолка ускорения

Исследователи зафиксировали характерный обрыв спектра электронов и позитронов около 100 TeV. Выше этой энергии пульсар теряет способность эффективно ускорять частицы. Это первое прямое указание на «потолок» ускорения электронов у Геминги.

Гамма-гало и замедленная диффузия

В гамма-диапазоне от 16 до 250 TeV частицы рассеивают фоновые фотоны. Карта распределения показывает, как быстро они уходят от источника. Коэффициент диффузии оказался в 100 раз меньше, чем средний по диску Млечного Пути — частицы задерживаются возле Геминги намного дольше.

Турбулентность под микроскопом

Самое неожиданное открытие — структура турбулентности магнитного поля. MHD-турбулентность вокруг Геминги ведёт себя по степенному закону Колмогорова даже на масштабах < 1 парсека, повторяя закономерности, известные по галактическим масштабам. Это первый экспериментальный замер такого рода на малых расстояниях.

Что это значит для космических лучей

Результаты показывают, что локальная турбулентность может сильно отличаться от средней по галактике. Скорость ухода космических лучей зависит от конкретной среды: вокруг пульсара частицы остаются дольше, а в других областях галактики могут уходить быстрее. Это меняет представление о распространении высокоэнергетических электронов и позитронов в Млечном Пути.

Как работал эксперимент

Tibet ASγ — комплекс детекторов на высоте 4300 м в Тибете, работающий с 1990 года. Подземные мюонные датчики отсекают 99,92% фонового сигнала, что позволяет фиксировать гамма-кванты выше 100 TeV. Система совместно развиваются китайскими и японскими учёными, обеспечивая уникальную чувствительность к высокоэнергетическим процессам у Геминги.

Почему открытие важно

Измерения формируют основу для будущих моделей распространения электронов и позитронов, а также для интерпретации мультиканальных наблюдений гамма-излучения. Теперь астрономы могут изучать локальные условия вокруг конкретных источников, а не только усреднённые характеристики по всей галактике, пишет источник.