Фізики представили результати вимірювань потоків гелію в космічних променях, зібраних приладом AMS на борту Міжнародної космічної станції. Виявилося, що в більшості випадків варіації ізотопів елемента відбуваються узгоджено, а багато характеристик для частинок високих енергій відповідають даним про більш важкі ядри, пишуть автори в журналі.
Космічні промені - це масивні частинки високих енергій, які постійно споруджуються із земною атмосферою. Вважається, що їх джерелами є активні ядра галактик і спалахи наднових, але здебільшого напрямок їх приходу відстежити з достатньою точністю не вдається.
До складу космічних променів входять багато частинок, основними з яких є протони. Однак також в них зустрічаються електрони, ядра більш важких елементів, деякі античастинки. Іноді до космічних променів також відносять фотони екстремально високих енергій, які за властивостями нагадують масивні частинки, оскільки при таких параметрах руху кінетична енергія у багато разів перевищує енергію спокою.
Так як більшість частинок космічних променів заряджені, то вони відчувають вплив магнітного поля. Це можуть бути як великомасштабні галактичні і міжгалактичні поля, які викликають дифузію космічних променів і ускладнюють завдання визначення їх джерела, так і більш локальні поля, в тому числі створювані Сонцем і Землею.
Вчені, які займаються обробкою даних зі встановленого на МКС приладу AMS, представили результати аналізу вимірювань з 2011 по 2017 роки, присвячені гелію. Всього було зафіксовано близько 100 мільйонів ядер гелію-4 і приблизно 18 мільйонів ядер гелію-3. Ці результати охоплюють удвічі вищі енергії, ніж було доступно раніше для даних частинок.
Більш поширений ізотоп гелій-4 утворився в значних кількостях у ранньому Всесвіті в епоху первинного нуклеосинтезу і продовжує створюватися в ядрах зірок донині. Більш рідкісний гелій-3 зазвичай виходить в результаті ядерних реакцій в космосі, наприклад, при ударіннях високоенергійних ядер гелію-4 з частинками міжзоряного середовища. Відмінність у спостережених розподілах параметрів цих ядер дозволяє оцінювати глобальні властивості Чумацького Шляху і характер поширення космічних променів у ньому.
Вивчення частинок в AMS відбувається за допомогою декількох детекторів. Для кожної події вивчається слід у кремнієвому трекері, що дозволяє обчислити імпульс частинки на основі ступеня її відхилення в магнітному полі приладу. Однак для цього необхідна інформація про швидкість, яку отримують за допомогою времяпролітної камери для низькоенергетичних частинок або за допомогою кільцевого черенківського лічильника (Ring Imaging CHerenkov counter - RICH) у разі високих енергій. Також вимірюється зарядове число, яке дозволяє відокремити гелій від інших частинок.
Існує кілька способів побудови спектрів космічних променів, один з яких спирається на магнітну жорсткість. Ця величина дорівнює виробленню гірорадіуса на магнітне поле або відношенню енергії частинки до її заряду в ультрарелятивістському випадку. Ця характеристика зручна, оскільки тіла з однаковою жорсткістю мають однакову динаміку (наприклад, рухаються за однаковими траєкторіями) в магнітному полі незалежно від маси і заряду.
Виявилося, що для жорсткостей менше 4 гігавольт існує помітна довготривала залежність від часу для обох ізотопів: починаючи з 2015 року частинок з такими параметрами стало спостерігатися менше. При цьому у частинок з більшою жорсткістю подібного помічено не було: їх потік не залежав від часу. Це пов'язано з циклами сонячної активності і дозволить уточнити моделі взаємодії сонячного вітру з галактичними космічними променями.
На відміну від відносин ядер бору до кисню і бору до вуглецю, які приймають максимальні значення в області жорсткості в 4 гігавольти, відношення потоків гелію-3 до гелію-4 монотонно зменшувалося, причому вище 4 гігавольт описувалося з високою точністю ступеневим законом з єдиним показником. Автори окремо зазначають, що на їхній подив залежності на високих жорсткостях виявилися однакові що для ізотопів гелію, що для вивчених раніше важчих ядер.
Раніше повідомлялося, що астрофізики знайшли неоднорідність у напрямку прильоту високоенергетичних космічних променів, почали спостереження на найбільш чутливому детекторі космічних променів, а також спостерігали яскраве сяйво Місяця в гамма-діапазоні, обумовлене дією частинок з далекого космосу.