Американские ученые составили карту пространственного распределения космических лучей в Южной полусфере, основываясь на данных наблюдений антарктической обсерватории IceCube. Как выяснилось, это излучение не является однородным: в космосе существуют "горячие точки", откуда на Землю бьют наиболее мощные потоки энергии. От чего же это зависит?

Обсерватория IceCube занимается в основном регистрацией астрофизических нейтрино. Для их обнаружения используются модули, оснащенные фотоэлектронными умножителями и нанизанные на "нити", которые устанавливаются на глубине от 1450 до 2450 метров в толще льда, занимающего объем около одного кубического километра. Каждая такая "нить" объединяет около 60 устройств.

Как правило, нейтрино свободно проходят сквозь лед, но иногда вступают во взаимодействие с нуклонами, что способствует возникновению заряженных частиц. Если их скорость превышает фазовую скорость распространения света во льду, то они испускают черенковское излучение. Речь идет о так называемом эффекте Вавилова — Черенкова — свечении, вызываемом в прозрачной среде заряженными частицами, движущимися со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде. Черенковское излучение активно используется в физике высоких энергий для регистрации релятивистских частиц и определения их скоростей. Эти частицы и способны уловить фотоумножители.

Основную сложность для выделения нейтрино представляет фон из других видов излучения. Значительную часть его составляют мюоны — короткоживущие заряженные частицы, образующиеся путем взаимодействия высокоэнергетичных протонов космического излучения с молекулами газов в земной атмосфере. Именно на мюонном фоне строилась первая версия карты космических энергий, созданная около года назад. Тогда были использованы данные, собранные за 2007-2008 годы 22 установленными во льду "нитями".

"Космические лучи считаются источником шума, — говорит один из участников проекта, Раша Аббаси из Висконсинского университета в Мэдисоне. — Однако регистрация миллиардов фоновых событий тоже, оказывается, может приносить пользу".
Новая версия, представленная недавно на собрании Американского физического общества в Анахайме, базируется на измерениях, выполненных с мая 2009-го по май прошлого года при помощи 59 "нитей". По словам ученых, она является более точной, чем предыдущая. За это время аппаратурой было зарегистрировано около 32 миллиардов мюонов, пришедших из космоса.

Основной сюрприз для исследователей заключается в том, что космическое излучение, доходящее до Земли, оказывается, далеко не однородно. Из одних небесных областей энергетически заряженные частицы приходят к нам гораздо чаще, чем из других. На полученной карте отчетливо выделяются области большей и меньшей интенсивности энергетического потока. Такие же "горячие точки" были найдены ранее и в Северном полушарии. Они были зафиксированы в гига- и тераэлектронвольтовом диапазонах обсерваториями Milagro (Лос-Аламос, Нью-Мексико) и Tibet Air Shower (Тибетский автономный район Китая).

Причины такой неоднородности пока остаются загадкой. Еще в 1935 году астрофизики Комптон и Геттинг предположили, что данный эффект может быть следствием движения Солнечной системы относительно центра нашей Галактики. Но последние исследования этого не подтвердили. Наиболее популярная теория связана с воздействием магнитных полей или расположенных неподалеку источников излучений.

В частности, одна из таких "горячих точек" расположена близ остатков сверхновой звезды в южном созвездии Парусов. Такие объекты действительно могут сильно "фонить", так как появлению сверхновой предшествует взрыв, способствующий выделению огромного количества энергии.

Однако, поскольку сверхновая в созвездии Парусов находится на расстоянии более 800 световых лет от Земли, судить о том, связано ли излучение именно с ней, достаточно сложно. К тому же, под воздействием магнитных полей частицы обычно меняют свои траектории.

"Сейчас мы, конечно, можем предлагать какие-то модели, но нам не хватает информации о магнитных полях", — констатирует Раша Аббаси. В дальнейшем, уверяет он, карта космических излучений еще будет уточняться.