ПРОБЛЕМА ПРОИСХОЖДЕНИЯ
КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ
РЕШЕНА
Космические лучи были открыты в 1912 году В. Гессом. Спустя несколько десятилетий была выяснена их природа.
Г. Крымский, академик
Это излучение представляет собой поток ядер химических элементов, главным образом, протонов, ускоренных до высоких энергий. В их составе встречаются частицы, энергии которых в миллиарды раз превосходят энергию покоя. Энергетический спектр космических лучей имеет падающий степенный вид с практически единым показателем, не меняющимся на протяжении многих порядков по энергии.
Установлено, что, по крайней мере, основная часть спектра космических лучей производится в нашей Галактике. Существенную роль играет их утечка из Галактики, на компенсацию которой должна затрачиваться большая энергия в ускорительных процессах.
Энергетическим требованиям удовлетворяют наиболее мощные процессы -взрывы сверхновых звезд. Поэтому была выдвинута гипотеза о том, что в этих астрономических объектах происходит ускорение космических лучей. Гипотеза получила весомое подтверждение, когда В. Гинзбургом было установлено, что нетепловое радиоизлучение, исходящее от остатков исторических сверхновых, производится в магнитных полях электронами высоких энергий со спектром, близким к спектру космических лучей. Такое положение сложилось еще в 50-е годы прошлого века.
Оставалось экспериментально показать, что в остатках сверхновых производится также ядерная компонента космических лучей, а также понять механизм ускорения. И в области эксперимента, и в области теории были предприняты значительные усилия для решения указанных задач. Прогресс последних двух-трех лет позволяет говорить, что обе задачи решены.
Для обнаружения ядерной компоненты космических лучей в остатках несколькими коллаборациями были сооружены черенковские телескопы, способные регистрировать гамма-излучение в области нескольких ТэВ (триллионов электронвольт). Такое излучение должно возникать при распаде нейтральных пионов, рождаемых ядерной компонентой.
Одновременно группой Е. Бережко была развита теория генерации космических лучей ударными волнами в остатках. Так как в процессе ускорения значительная часть энергии переходит к космическим лучам, необходимо учитывать их обратное влияние на среду — образование протяженного предфронта, генерацию магнитной турбулентности. Таким образом, необходима нелинейная теория.
Создание такой теории потребовало разработки эффективного численного алгоритма. Созданный алгоритм превосходит по скорости счета зарубежные аналоги, применявшиеся для этой цели, примерно в миллион раз.
Нелинейная теория определяет не только спектр, но и абсолютное значение энергии, передаваемой космическим лучам. Эти характеристики позволили рассчитать параметры радиоизлучения, рентгеновского и гамма-излучения для каждого исторического остатка сверхновой и сравнить с совокупностью наблюдательных данных.
Теория правильно описывает параметры излучений, а ее предсказания оказались в согласии с обнаруженным в ряде остатков гамма-излучением в ТэВ-ной области.
Критическим элементом теории явилось радиальное распределение рентгеновского излучения, порождаемого электронами в магнитном поле остатка. Оно должно иметь оболочечную структуру из-за потерь энергии электронами. Чем сильнее магнитное поле, тем тоньше должна быть рентгеновская оболочка. Сравнение теории с наблюдениями в этой области впервые дало возможность надежно измерить магнитное поле в остатке и установить, что оно усилено на два порядка по сравнению с типичными значениями поля в окружающем пространстве.
Большая величина магнитного поля в остатке значительно (на 3-4 порядка) уменьшает оцениваемое по радиоизлучению число электронов высоких энергий. Соответственно, электроны перестают играть роль возможного альтернативного источника гамма-излучения в ТэВ-ной области. Возможность такого источника могла быть связана с процессом обратного Комптон-эффекта.
Следовательно, с учетом эффекта усиления магнитного поля обнаруженное гамма-излучение высокой энергии однозначно свидетельствует о том, что в остатках сверхновых производится ядерная компонента космических лучей, а ее параметры соответствуют теоретическим предсказаниям.
Таким образом, проблема происхождения космических лучей получила свое окончательное решение.
Следует заметить, что теория использовалась и на стадии планирования экспериментов. Программы наблюдений дорогостоящими инструментами составлялись на основании предсказаний упомянутой теории.
стр. 5
| 
