Орбитальный гамма-телескоп GLAST (англ. Gamma-ray Large Area Space Telescope, «космический гамма-телескоп большой площади») во время наблюдений за космосом сделал вполне земное открытие.

 

Два с половиной года назад американцы вывели в космос обсерваторию для наблюдения самых энергичных фотонов Вселенной – гамма-квантов. После старта телескоп GLAST получил имя итальянско-американского физика Энрико Ферми. Основная цель миссии — сбор данных о процессах и объектах, в которых выделяется набольшее количество энергии. К таким объектам, в первую очередь, относятся сверхмассивные черные дыры, интенсивно пожирающие окружающее вещество в центрах галактик.

Гамма-грозы

Однако рождаться гамма-лучи могут не только во вселенских катаклизмах, но и в обыкновенных грозах, причем рождаться одновременно с антиматерией. Ученым известно, что грозы иногда сопровождаются так называемыми земными гамма-вспышками (англ. Terrestrial gamma-ray flash, TGF). Такие вспышки возникают на Земле примерно 500 раз в день. Много это или мало, сказать сложно. Известно лишь, что не каждая гроза рождает гамма-вспышку, ведь каждую секунду на планете бушует около двух тысяч гроз.

 

В первые 8 месяцев работы телескоп Fermi зарегистрировал 130 вспышек TGF. В большинстве случаев обсерватория оказывалась примерно над грозой, гамма-излучение от которой он регистрировал.

 

Однако 14 декабря 2009 года члены миссии Fermi наблюдали странное явление. Пролетая над Египтом, приборы телескопа зафиксировали вспышку, возникшую в тысячах километров за горизонтом – в Замбии. Несколько раз пронаблюдав подобные явления, феномен смогли объяснить ученые из университета Алабамы под руководством Майкла Бриггса. «Хотя Fermi и не видит бурю, он все-таки связан с ней магнитными линиями. Вспышка TGF рождает высокоэнергичные электроны и позитроны, которые седлают магнитные линии и ударяют по спутнику», — пояснил соавтор исследования Джозеф Дуайер.

Антиматерия из-за горизонта

Ученые показали, что сложный процесс начинается благодаря сильному электрическому полю, возникающему между слоями атмосферы при грозе. Сначала это поле ускоряет электроны до околосветовых скоростей. Сталкиваясь с атомами в атмосфере, электроны порождают энергичные фотоны — гамма-кванты. Обычно эти кванты и регистрируются как вспышки TGF. Однако изредка такие фотоны сами встречают на своем пути ядра атомов, в электрическом поле которых превращаются в пару частиц. Одна из них – отрицательно заряженный электрон, вторая – представитель антиматерии, положительно заряженный позитрон.

 

Античастицы

Справка
двойники частиц обыкновенного барионного вещества с тем же спином и массой, но обратными по знаку другими характеристиками взаимодействия, например зарядом.

«Выбившись» из атмосферы, новые частицы продолжают движение, наматываясь на силовые линии магнитного поля Земли. Двигаясь по этой траектории, частицы могут достичь высоты околоземных спутников, в том числе обсерватории Fermi. Сталкиваясь со вполне материальным телескопом, позитроны аннигилируют и рождают гамма-фотоны. Так телескоп становится источником излучения, которое сам и регистрирует. Большая доля частиц продолжает движение по магнитной линии, отражается от так называемой зеркальной точки и летит обратно. Благодаря этому через 23 миллисекунды после первой вспышки обычно регистрируется вторая.