Космические лучи представляют собой высокоэнергетические протоны и атомные ядра, исходящие из звезд (как внутри нашей Галактики, так и из других галактик) и ускоряемые сверхновыми и другими высокоэнергетическими астрофизическими объектами.
Наше нынешнее понимание энергетического спектра галактических космических лучей предполагает, что он следует степенной зависимости, в которой спектральный индекс протонов, обнаруженных в определенном диапазоне энергий, уменьшается по степенному закону по мере увеличения энергии.
Но недавние наблюдения, проведенные с использованием магнитных спектрометров для низких энергетических уровней и калориметров для высоких энергетических уровней, намекнули на отклонение от этого степенного изменения, когда спектральный индекс протонов становится больше при энергии в несколько сотен ГэВ при энергиях до 10 ТэВ. . Вслед за этим «спектральным ужесточением», характеризующимся меньшим абсолютным значением спектрального индекса, было обнаружено «спектральное смягчение» выше 10 ТэВ с помощью CALorimetric Electron Telescope (CALET), космического телескопа, установленного на Международной космической станции.
Однако для подтверждения этих спектральных структур необходимо проводить более качественные измерения с высокой статистикой и низкой неопределенностью в широком энергетическом спектре.
Именно этим и занялась группа международных исследователей во главе с доцентом Казуёси Кобаяши из Университета Васэда в Японии. «С данными, собранными CALET примерно за 6,2 года, мы представили подробную спектральную структуру протонов космических лучей. Новизна наших данных заключается в измерении высокой статистики в более широком диапазоне энергий от 50 ГэВ до 60 ТэВ. «, — говорит Кобаяши.
Результаты их исследования, которые включали вклад почетного профессора Сёдзи Тории из Университета Васэда (PI или главный исследователь проекта CALET) и профессора Пьера Симона Маррокези из Сиенского университета в Италии, были опубликованы в журнале Physical Review Letters .
Новые наблюдения подтвердили наличие спектрального ужесточения и смягчения ниже и выше 10 ТэВ, предполагая, что энергетический спектр протонов не соответствует единому степенному закону изменения для всего диапазона. Более того, спектральное смягчение, начинающееся примерно с 10 ТэВ, согласуется с предыдущими измерениями, полученными космическим телескопом Dark Matter Particle Explorer (DAMPE). Интересно, что переход при спектральном смягчении оказался более резким, чем при спектральном ужесточении.
Вариации и неопределенность в новых данных CALET контролировались с помощью моделирования методом Монте-Карло. Статистические данные были улучшены примерно в 2,2 раза, а функция спектрального усиления была подтверждена с более высокой значимостью более чем на 20 сигм.
Говоря о значении этого исследования, Кобаяши отмечает, что «этот результат внесет значительный вклад в наше понимание ускорения космических лучей сверхновыми и механизма распространения космических лучей . Следующим шагом будет расширение наших измерений спектров протонов до еще более высоких значений». энергии с уменьшенными систематическими неопределенностями. Это должно сопровождаться сдвигом в теоретическом понимании, чтобы приспособиться к новым наблюдениям».
Однако дело не только в космических лучах. Скорее, исследование показывает, как много мы еще не понимаем о нашей Вселенной и что над этим стоит задуматься.
