Детектор AMS-02 на МКС обнаружил загадочные космические лучи, нарушающие привычные модели

Анализ данных инструмента Alpha Magnetic Spectrometer выявил четыре стабильные группы космических лучей и несоответствия с теориями ускорения частиц в сверхновых и межзвёздной среде

Новый анализ данных, полученных с детектора Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), установленного на МКС, поставил под сомнение действующие модели происхождения и ускорения космических лучей, продемонстрировав стабильную структуру частиц, которая не может быть объяснена современными астрофизическими теориями.

Космические лучи — это поток высокоэнергетических частиц, возникающих в результате экстремальных астрофизических событий, таких как взрывы сверхновых звёзд. Эти события выбрасывают в межзвёздное пространство элементы, вплоть до железа, после чего частицы распространяются по галактике с околосветовыми скоростями и спустя миллионы лет достигают Земли.

Новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, основано на длительных наблюдениях AMS-02 — спектрометра частиц, функционирующего в условиях открытого космоса на МКС более 13 лет. За этот период прибор зарегистрировал около 230 триллионов событий взаимодействия космических лучей.

В отличие от электромагнитного излучения, космические лучи представляют собой именно частицы материи — от водорода и гелия до редких тяжёлых элементов, таких как железо, никель и цинк. Некоторые из них являются первичными, то есть поступают непосредственно из источников, в то время как другие — вторичными, образующимися при столкновениях с межзвёздной средой.

Ключевая нерешённая задача в физике космических лучей связана с их скоростью: хотя взрывы сверхновых обеспечивают начальное ускорение, наблюдаемые частицы сохраняют энергию, близкую к скорости света, что указывает на наличие дополнительных механизмов ускорения в межзвёздном пространстве.

Анализ данных AMS-02 показал, что элементы от гелия до железа формируют четыре стабильные группы. Первичные космические лучи делятся на два класса: один включает гелий, углерод, кислород и железо, а другой — неон, магний, кремний и серу. Вторичные лучи также образуют две группы: литий-бериллий-бор и фтор-фосфор-калий.

Особенно ценно в новых данных то, что они содержат ранее плохо измеренные элементы — фосфор, хлор, калий, аргон и кальций — с значительно более высокой точностью, чем в предыдущих исследованиях.

Полученная структура противоречит действующим моделям происхождения и распространения космических лучей. Высокая точность AMS-02 позволяет предположить, что в механизмах формирования и ускорения частиц могут быть неучтённые физические процессы, связанные либо с межзвёздной средой, либо с нелокализованными источниками ускорения.

Кроме того, данные подтверждают связь между «чётными» и «нечётными» элементами и характером их распространения: стабильность ядер и способы их формирования в звёздах влияют на поведение частиц в межзвёздном пространстве.

Таким образом, результаты AMS-02 выявляют недостатки в понимании основных процессов в астрофизике. Прибор продолжает свою работу, и новые собранные данные станут основой для дальнейших уточнений в моделях происхождения материи во Вселенной.