Радиотелескоп SKA-Low поможет определить состав космических лучей по аномальным ливням

Международная группа астрофизиков представила результаты моделирования, показывающие, что радиотелескоп SKA-Low (Square Kilometre Array Low) способен обнаруживать необычные конфигурации космических лучей. Речь идет об аномальных атмосферных ливнях, в которых профиль развития частиц имеет вторичный всплеск — так называемый двойной горб.

Одна из ключевых проблем в астрофизике космических лучей — неопределенность их массового состава. Наиболее надежным методом считается измерение глубины атмосферы, на которой ливень достигает максимума (Xmax). Однако свойства адронных взаимодействий, управляющих продольным развитием ливня, известны с недостаточной точностью, что вносит систематическую ошибку в оценку масс.

Телескоп SKA-Low будет наблюдать космические лучи в диапазоне энергий 10^{16}–10^{18} эВ с беспрецедентным разрешением и шириной полосы. Это позволит восстанавливать продольный профиль ливня гораздо детальнее, чем раньше.

В ходе симуляций было показано, что после первого столкновения космического луча с атомом атмосферы вторичные частицы могут нести значительную долю энергии. Если одна из таких частиц пролетает большое расстояние до следующего взаимодействия, она порождает подливень, который проявляется как вторичное возмущение в профиле.

Благодаря высокой плотности антенн и широкой полосе пропускания SKA-Low способен разрешать такие двойные пики. По данным исследования, опубликованного на arXiv (2607.00135), это открывает путь к более точному определению как свойств адронных взаимодействий, так и массового состава космических лучей в переходной области между галактическими и внегалактическими источниками.

Работа демонстрирует, что аномальные ливни могут стать эффективным инструментом для калибровки моделей адронных взаимодействий, что в свою очередь снизит систематические погрешности в астрофизических измерениях. Ожидается, что SKA-Low вступит в строй в ближайшие годы и начнет сбор данных, которые помогут уточнить понимание происхождения космических лучей.