Международная группа исследователей, работающая с данными космического телескопа DAMPE (Dark Matter Particle Explorer), обнаружила общую закономерность в поведении частиц высоких энергий. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, позволяют точнее определить механизмы ускорения и распространения космических лучей в нашей галактике. Эти частицы, представляющие собой ядра атомов, движутся в космическом пространстве со скоростями, близкими к световой, и обладают энергией, значительно превышающей возможности существующих наземных ускорителей.
Космический аппарат DAMPE, запущенный в декабре 2015 года, предназначен для изучения природы высокоэнергетических частиц и поиска следов темной материи. В ходе анализа данных, собранных при участии специалистов Женевского университета, ученые изучили энергетические спектры первичных ядер космических лучей – от легких протонов до тяжелого железа. Исследователи классифицировали поток частиц по уровням энергии: от низкого в несколько миллиардов электрон-вольт до высокого, превышающего тысячу миллиардов электрон-вольт.
Главным открытием стало обнаружение эффекта спектрального смягчения, который проявляется одинаково для всех типов исследованных ядер. При достижении определенного порога жесткости – физической величины, описывающей сопротивление траектории частицы воздействию магнитных полей, – количество регистрируемых частиц начинает резко снижаться. Согласно данным телескопа, этот порог для всех видов ядер составляет примерно 15 тераэлектрон-вольт.
Тот факт, что данная особенность характерна для частиц разного типа, подтверждает гипотезу о том, что процессы ускорения и движения космических лучей в межзвездном пространстве определяются именно их магнитной жесткостью. Одновременно с этим новые данные с вероятностью 99,999% исключают альтернативные модели, основанные на зависимости от энергии, приходящейся на один нуклон в составе частицы.
В реализации проекта значительную роль сыграли методы искусственного интеллекта, разработанные для обработки сигналов с детекторов. Одним из ключевых инструментов телескопа стал кремниево-вольфрамовый трекер (STK), позволяющий с высокой точностью отслеживать траектории и определять электрический заряд входящих частиц. Полученные результаты накладывают строгие ограничения на существующие теории функционирования астрофизических источников, таких как взрывы сверхновых, пульсары и джеты черных дыр.
