Учёные давно пытаются понять, откуда берутся космические лучи с энергиями, недостижимыми даже для крупнейших ускорителей вроде Большой адронный коллайдер. Новые наблюдения, проведённые с помощью LHAASO, впервые указали на конкретный источник такого уровня — двойную систему LS I +61° 303.
Эта система, состоящая из массивной звезды и компактного объекта, вероятно нейтронной звезды или чёрной дыры, испускает гамма-лучи с энергией свыше 100 тераэлектронвольт. Для сравнения, это в разы превышает возможности земных установок. Фактически речь идёт о первом подтверждённом случае, когда гамма-двойная система демонстрирует такие экстремальные показатели, что позволяет рассматривать её как природный ускоритель частиц уровня петаэлектронвольт.
Сам процесс наблюдения здесь далёк от классической астрономии. Гамма-лучи такой энергии не долетают до поверхности Земли напрямую — они сталкиваются с атмосферой и создают каскады вторичных частиц. Именно эти «ливни» фиксирует обсерватория, восстанавливая по их структуре параметры исходного излучения. Такой подход позволил значительно расширить диапазон наблюдений: если раньше система изучалась в пределах до 10 ТэВ, то теперь спектр удалось проследить почти до 200 ТэВ.
Особый интерес вызывает поведение системы на орбите. Объекты вращаются друг вокруг друга примерно за 26,5 дней, и по мере движения условия внутри системы постоянно меняются. Это отражается и на излучении: его интенсивность и энергетика варьируются в зависимости от фазы орбиты. Такой эффект указывает на динамичную природу ускорения частиц, где магнитные поля, плотность среды и зоны столкновений непрерывно перестраиваются.
Наблюдения также помогают понять, какие именно частицы участвуют в процессе. В экстремальных условиях электроны быстро теряют энергию, поэтому обнаружение гамма-лучей выше 100 ТэВ говорит в пользу протонов или более тяжёлых частиц. Эти частицы могут взаимодействовать со звёздным ветром, порождая мощное излучение и формируя наблюдаемый сигнал.
Открытие добавляет новый элемент в долгую историю поиска источников космических лучей. Ранее основными кандидатами считались остатки сверхновых, но теперь становится ясно, что гамма-двойные системы тоже способны достигать предельных энергий. При этом их поведение оказывается куда более сложным: ускорение частиц здесь зависит от орбитальной динамики и может меняться буквально на глазах.
В то же время работа оставляет открытые вопросы. Точный механизм ускорения пока не установлен, а для окончательного подтверждения природы процессов потребуются дополнительные наблюдения, включая регистрацию нейтрино. Тем не менее уже сейчас ясно, что LS I +61° 303 существенно расширяет список космических объектов, способных работать как природные «сверхускорители».
