Файл: Иноземцев, Г. Г. Незатылованные шлицевые червячные фрезы-1.pdf

В первом столбце даны названия основных групп, проводящих исследования широких атмосферных ливней в области сверхвысо­ ких энергий. В трех последних столбцах указаны значения доли R частиц, которую можно совместить с экспериментальными данными при допущении, что космические частицы —• протоны, приходящие из Галактики. Эти значения для трех моделей магнитных полей вы­ числялись методом наименьших квадратов. В скобках даны макси­ мальные значения величины R*.

Анализируя данные таблицы, авторы [10] приходят к заключе­

роваться вблизи галактической плоскости (см. работу [7] и рис. 53).

проводились прямые измерения состава космических лучей (см., например, работы [9, 13]), которые показали, что в этой области энергий первичная компонента космических лучей состоит в основ­

* Знак «минус» в табл. 27 не имеет, разумеется, физического смысла и Соответствует наиболее вероятному статистическому значению величины R.

228

природу, чем источники или механизмы ускорения частиц сверхвы­ соких энергий.

Вторая трудность связана с поисками источников частиц сверх­ высокой энергии в пределах Галактики. Такими источниками могли бы быть существенно нестационарные объекты, а именно оболочки сверхновых звезд, галактический центр и пульсары.

Оболочки сверхновых звезд вследствие относительно небольших

Это было давно отмечено на основании соотношения (7.1) [9]. Кроме того, обычные механизмы ускорения (фермиевского типа) вследствие потерь энергии в магнитном поле делаются неэффективными при высоких энергиях [15]. Так, в оболочке Крабовидной Туманности не могут ускоряться электроны с Ее ^ 101* эв, ответственные за синхротронное излучение в магнитном поле туманности с Еу ~

40 кэв. Однако известно, что от Крабовидной Туманности наблю­ дается излучение с Еу^0,1 Мэв [16]. Оба эти обстоятельства вынуждают отвергнуть гипотезу оболочек сверхновых.

Относительно центра Галактики как источника адронной ком­ поненты космических лучей нам практически ничего не известно*. Однако электроны с энергией Ее > 1011 эв не могут приходить из центра Галактики вследствие синхротронных и комптоновских потерь (см., например, работу [18] и гл. 5). Поэтому гипотеза о цен­ тре Галактики как основном источнике космических частиц сверх­ высоких энергий требует дополнительного, маловероятного, на наш взгляд, допущения о том, что источники попадающих на Землю электронов очень больших энергий имеют иную природу, чем источ­ ники адронной компоненты космических лучей.

Пульсары как источники космических лучей приобрели за по­ следнее время большую популярность. В соответствии с работой [19], они могут ускорять космические частицы вплоть до энергий ~ 1021 эв. Тем не менее в гипотезе об ускорении космических час­ тиц сверхвысокой энергии в окрестностях пульсаров остается ряд нерешенных проблем, связанных, например, со структурой элек­ тромагнитного поля вблизи пульсара или с возможной ролью энер­ гетических потерь. Однако окончательно установить верхнюю гра­ ницу энергии едва ли можно сейчас, поскольку параметры моделей пульсаров (в первую очередь напряженностей магнитного поля) весьма неопределенны.

Заметим также, что попытка непосредственно обнаружить адронную компоненту космических лучей сверхвысоких энергий от пульсаров закончилась неудачей [12] (статистическая точность этих измерений невелика).

Таким образом, имеющиеся данные, в особенности эксперимен­ тальные наблюдения углового распределения космических частиц

* Центр Галактики как источник частиц очень высоких энергий рас­ сматривался ранее [17].

229

сверхвысокой энергии, скорее свидетельствуют против их галакти­ ческого происхождения.

Предположим теперь, что космические лучи сверхвысокой энер­ гии имеют метагалактическое происхождение. Уже давно [20] отмеча­

ратного ядерного фотоэффекта спектр космических лучей должен иметь некоторую особенность («провал» в области Eh ~ 101 7 эв).

Интерес к этой особенности сильно увеличился после открытия реликтового излучения. Было отмечено, что если реликтовое излу­ чение заполняет всю Метагалактику, то, вследствие электромагнит­ но-ядерных взаимодействий адронов космические лучи сверхвысо­ ких энергий сильно поглощаются в Метагалактике [21—23]. Поэ­

ронов становится заметной тогда, когда энергетические потери на взаимодействие космических частиц сверхвысокой энергии сравни­ ваются с энергетическими потерями на расширение Вселенной. Для протонов критические энергии, при которых сравниваются энергетические потери на расширение и взаимодействие с реликто­

(потери на фоторождение пионов).

Более подробно эти процессы разбираются в § 3.2. Критические энергии процессов взаимодействия адронов с мягким электромаг­ нитным излучением пропорциональны массам адронов. Следователь­ но, значения критических энергий для космических ядер сверхвы­ соких энергий с массовым числом А получаются из выражений (7.2), (7.3) умножением на А.

Наиболее важным процессом взаимодействия с мягким электро­

230

Суммарная энергия образующихся в ядерном фоторасщепле­ нии нуклонов практически равна энергии исходного ядра. Тем не

сверхвысокой энергии. Следовательно, ядерное фоторасщепление — это процесс, в котором сложное ядро при каждом столкновении те­

Если предположить, что основная часть космических частиц сверхвысокой энергии рождается на больших г (г ~ 2 э ф ф ^> 1). то характерные энергии, соответствующие особенностям в спектре космических лучей, заметно уменьшаются*:

[см. (7.2), (7.3) и (7.5)].

Это обстоятельство обусловлено большей энергией фотонов ре­ ликтового излучения на ранних стадиях расширения Вселенной и энергетическими потерями космических лучей, обусловленными тем же расширением.

В работе [24] рассматривалась модель источников космических лучей сверхвысокой энергии, в которой основная часть космических лучей возникает при больших г (г — 20 - г 30). В этом случае за­ вал спектра в области энергий Eh ~ Ю1 5 -f- 101 6 эв может быть обу­ словлен потерями энергии на рождение электрон-позитронных пар на реликтовом излучении [см. (7.2) и (7.6)]. Однако эта гипотеза противоречит опыту вследствие фотопионных процессов, приводя­ щих в указанной модели к обрыву в энергетическом спектре в об­ ласти энергий 101 8 — 101 9 эв, который не наблюдается.

Аналогичные соображения позволяют грубо оценить взаимодей­ ствие космических лучей с излучением и в других диапазонах (оп­ тическом, инфракрасном). Поскольку плотность фотонов в этих диа­ пазонах, по-видимому, существенно меньше плотности в области реликтового излучения, то, вообще говоря, взаимодействие с этими излучениями не должно заметно искажать спектр космических лучей. Сейчас можно обсуждать лишь одну весьма маловероятную возможность.

Если плотность энергии фонового излучения в инфракрасном диапазоне (е = 10~2 -f- 1 эв) достаточно велика (w ^ 0,1 эв/см3), то искажения энергетического спектра метагалактических косми­ ческих лучей будут проявляться при меньших энергиях космиче-

231