Космические лучи высоких энергий, о которых идет речь и которые ученые наблюдали при помощи гамма-телескопа «Ферми» — это гамма-кванты. То есть фотоны, имеющие ту же электромагнитную природу, что и свет, вот только энергия их в миллиард раз выше. И в сотни или даже тысячи раз больше, чем энергия частиц, которые образуются при ядерных реакциях: из этого следует то, что обычные звезды не могут быть основным источником подобных космических лучей. Гамма-излучение высокой энергии возникает при торможении движущихся с околосветовой скоростью других частиц: протонов или электронов. Но откуда берутся столь быстрые протоны и электроны?
В 1949 году Энрико Ферми, именем которого много позже назовут гамма-телескоп, предположил что частицы ускоряются магнитными полями в облаках межзвездного газа. Потом было доказано, что такие поля могут иметь место при вспышках сверхновых, так что остатки сверхновых стали рассматривать как наиболее вероятный источник космических лучей. В 1963 году Виталий Гинзбург и Сергей Сыроватский исследовали механизм ускорения заряженных частиц, однако загадок осталось предостаточно. Например, какие именно частицы ответственны в первую очередь за появление гамма-лучей высокой энергии, протоны или электроны?
Новые наблюдения при помощи космической гамма-обсерватории (а наблюдать такое излучение с Земли — все равно что ставить обычный телескоп в тоннеле метро, небо для гамма-квантов непроницаемо) не только подтвердили способность остатков сверхновых давать жесткое электромагнитное излучение. Протоны или электроны дают почти одинаковое излучение, но протоны при столкновении с другими протонами иногда выдают короткоживущую частицу, так называемый нейтральный пион. Эта частица распадается на два гамма-кванта, которые, соотвественно, имеют вдвое меньшую энергию.
Так как «Ферми» не просто видит гамма-кванты, но еще и определяет их энергию, он может выдать ученым спектр гамма-излучения от остатков сверхновой. Далее дело только за набором достаточной статистики — и если помимо основной массы гамма-квантов есть и некоторое число частиц вдвое меньшей энергии, то протонная гипотеза доказана… на страницах журнала Science и в официальном сообщении на сайте NASA сегодня говорится как раз о том, что космические лучи порождаются протонами.
Какое это может иметь значение за пределами астрофизического сообщества? В ближайшее время — наверное, никакого. Но исследования атома в 1913 году тоже представлялись далеко не самой полезной областью физики. Да и как-то неловко человечеству не знать устройства Вселенной.