Слабые ударные волны в скоплениях галактик не ускоряют протоны — ключ к отсутствию гамма-излучения
Учёные изучили, почему в скоплениях галактик не наблюдается гамма-излучение от космических лучей, хотя там часто возникают ударные волны. С помощью гибридного моделирования, где ионы рассматриваются кинетически, а электроны как жидкость, они воспроизвели условия, характерные для внутрикластерной и межгалактической среды.
Исследователи проанализировали ударные волны с разными числами Маха (от 3 до 15) и плазменным параметром ? ? 15, при магнитной косости 80°. Оказалось, что слабые волны (число Маха менее 5) практически не создают популяций нетепловых протонов: эффективность ускорения космических лучей составила менее 0,1%.
Однако более мощные волны (число Маха ~10 и выше) генерируют отчётливые степенные спектры с наклоном около 4,0, достигая эффективности ускорения протонов до 3%. Это указывает на существование порога, выше которого ускорение становится эффективным.
Ключевую роль играет и угол между магнитным полем и фронтом волны (магнитная косость). При уменьшении косости до 45° эффективность ускорения резко возрастает, что подтверждает чувствительность процесса к геометрии магнитного поля.
Результаты объясняют, почему радиоизлучение от релятивистских электронов в скоплениях галактик (радиореликты) наблюдается чаще, чем гамма-излучение от протонов. Поляризация реликтов указывает на косые ударные волны, которые, как показало моделирование, неэффективно ускоряют протоны при низких числах Маха.
Таким образом, слабые высокобета-ударные волны в межгалактической среде вряд ли могут быть источником космических лучей протонов, что снимает противоречие между наблюдениями в радио- и гамма-диапазонах.
