Международная группа физиков впервые в лабораторных условиях воссоздала плазменные сгустки, сходные с теми, которые образуются в активных ядрах галактик — блазарами.
Международная команда ученых под руководством специалистов Оксфордского университета впервые создала в лабораторных условиях аналоги космических «огненных шаров» (fireballs) — потоки электронов и позитронов, проходящие через плазму. Для этого они применили ускоритель Super Proton Synchrotron на территории CERN и специальное экспериментальное оборудование HiRadMat.
Задача эксперимента — воспроизвести условия, аналогичные тем, в которых излучение активных галактических ядер (блазаров) проходит через межгалактическое пространство. Блазары создают узконаправленные потоки частиц, включая высокоэнергетические гамма-лучи в диапазоне тераэлектронвольтов. Однако, проходя через космическое пространство, часть этих лучей должна преобразовываться в пары электрон-позитрон и затем генерировать другие гамма-лучи с меньшей энергией. Но именно эти последние наблюдаются лишь частично или не зафиксированы вовсе.
Одна из основных гипотез предполагает, что нестабильное взаимодействие лучей с окружающей разреженной плазмой приводит к рассеянию и поглощению энергии. Поэтому вторичные гамма-лучи и «не доходят» до нас. Альтернативная версия — что межгалактические магнитные поля воздействуют на частицы, и излучение просто отклоняется от «пути» к Земле. Однако последняя теория не обеспечивает полного объяснения отсутствия вторичного гамма-излучения.
В лабораторных условиях ученые сгенерировали пары электронов и позитронов и пропустили их через метровую область, заполненную плазмой, имитирующей межгалактическую среду. Они смогли зафиксировать профиль лучей и параметры магнитного поля, возникающего при прохождении «огненного шара».
Результаты оказались неожиданными: поток остался узким, стабильным, с минимальным влиянием нестабильностей и почти без самогенерируемых магнитных полей. При экстраполяции этих данных на астрофизические масштабы результаты эксперимента указывают на то, что плазменные эффекты недостаточны для объяснения исчезновения или недостатка ожидаемого гамма-излучения.
Таким образом, на первый план выходит гипотеза о том, что пространство между галактиками пронизано слабыми магнитными полями, способными отклонять частицы и направлять гамма-лучи в сторону от видимости земных детекторов. Эти поля, возможно, являются реликтами ранней Вселенной.
Остается открытым вопрос, каким образом возникли такие магнитные поля и как они изменялись в процессе эволюции Вселенной. Ученые надеются, что будущие наземные и космические телескопы, такие как Черенковская Телескопическая Обсерватория (CTA), позволят получить данные с более высоким разрешением и проверить новые гипотезы.