Учёные наконец-то определили источник в Млечном Пути, который разгоняет протоны до одних из самых впечатляющих энергий в нашей галактике. Это открытие может помочь нам понять космические лучи — эти сверхбыстрые частицы, носящиеся между звёздами и вообще устраивающие переполох по всей галактике.

Космические лучи в основном состоят из протонов с небольшой примесью электронов. Некоторые из них несут больше энергии, чем всё, что могут выдать наши жалкие рукотворные ускорители. Большой адронный коллайдер на границе Швейцарии и Франции может разогнать протоны до околосветовой скорости, но, похоже, природные ускорители нас обходят.

Международная команда под руководством Университета Хиросимы подтвердила галактический ускоритель, объединив наблюдения с трёх крупных обсерваторий на Земле и в космосе. Результаты были опубликованы в The Astrophysical Journal 16 июля 2026 года.

«Эта огромная энергия делает космические лучи важными в астрономии и астрофизике», — сказал Цунэфуми Мидзуно, доцент Центра астрофизических наук Хиросимского университета и первый и ответственный автор исследования.

Энергия космических лучей измеряется в электронвольтах — энергии, которую электрон приобретает при увеличении его электрического потенциала на один вольт. Лучшие галактические космические лучи могут достигать и превышать один квадриллион (10^15) электронвольт, или петаэлектронвольт (ПэВ). Поиск ускорителя протонов космических лучей выше этого уровня ПэВ — протонного ПэВ-атрона — одна из самых горячих тем в современной астрофизике. И они нашли такой объект: ранее известный как LHAASO J1912+1014u.

Протонный ПэВ-атрон — это природный космический ускоритель, который разгоняет протоны за порог ПэВ. Обнаружить такие объекты сложно, потому что учёным нужно отделить сигналы протонов от сигналов сверхэнергичных электронов.

Эксперимент Tibet AS gamma (совместные усилия Японии и Китая с 1990 года) и китайская обсерватория LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory) зарегистрировали десятки источников гамма-излучения выше 0,1 ПэВ. Один из них — LHAASO J1912+1014u. Гамма-лучи — это самая энергичная форма электромагнитного излучения, часто возникающая при столкновении космических лучей с окружающей средой, и их энергии обычно составляют около одной десятой от энергии породивших их космических лучей. Поэтому источники, производящие гамма-лучи ниже диапазона ПэВ, являются главными кандидатами в ПэВ-атроны. Более ранние исследования предполагали, что LHAASO J1912+1014u может быть туманностью пульсарного ветра или остатком взрыва массивной звезды.

«Однако данные только экспериментов Tibet AS gamma и LHAASO не могут однозначно идентифицировать протонные ПэВ-атроны, потому что электроны космических лучей с энергией ПэВ также могут производить гамма-лучи с более низкой энергией», — сказал Мидзуно. Ограниченное разрешение изображений не позволяло исследователям определить, протоны или электроны стоят за гамма-излучением.

На помощь пришла кавалерия: космический телескоп Ферми (Fermi-LAT, миссия под руководством НАСА с участием Университета Хиросимы), обзор FOREST Unbiased Galactic plane Imaging survey с 45-метровым телескопом Нобеяма (FUGIN, под руководством Японии) и рентгеновская обсерватория НАСА «Чандра». LHAASO J1912+1014u был открыт в 2024 году в созвездии Орла недалеко от Альтаира, одной из знаменитых звёзд Летнего треугольника. Первоначально его классифицировали как остаток сверхновой, но эта идея пошатнулась после появления излучений выше 100 ТэВ.

«С данными нескольких экспериментов мы подробно изучили LHAASO J1912+1014u», — сказал Мидзуно. Обсерватории охватили широкий диапазон электромагнитного спектра — от радио до гамма-лучей, что позволило команде построить детальную многоволновую модель.

Fermi-LAT измерил гамма-лучи с энергией около гигаэлектронвольта (ГэВ, миллиард электронвольт). «Чандра» предоставила рентгеновские наблюдения на более низких энергиях, а FUGIN — радиоданные на ещё более низких энергиях. В сочетании с наблюдениями в тераэлектронвольтах (ТэВ) от LHAASO и других обсерваторий картина убедительно указывала на то, что LHAASO J1912+1014u является протонным ПэВ-атроном — и исключала другие объяснения.

Три ключевых находки подтвердили это. Во-первых, сигнал гамма-излучения плавно простирался от более чем 100 триллионов электронвольт вниз