СЕРФИНГ И КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ СВЕРХВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

Общая картина генерации КЛ больших энергий

При самом общем рассмотрении проблемы происхождения КЛ можно предположить, что одни частицы в процессе ускорения получают сразу большое количество энергии, другие частицы набирают энергию постепенно. В первом случае ускорение частиц происходит за один раз в результате единичных мощнейших взрывов, а во втором случае частицы, наоборот, набирают энергию небольшими порциями в результате последовательности небольших взрывов (типа солнечных вспышек), происходящих в межзвездной среде непрерывно. К первому случаю можно отнести гамма-всплески [Gehrels et al., 2009] — катастрофы галактического масштаба, в которых, как считается, образуются релятивистские джеты и огненные шары. Ускорение частиц в них мы рассмотрим ниже в п. 2.2.

Что касается нелинейных волн в галактиках, образующихся в результате множества маломощных взрывов, то можно предположить [Кичигин, 2003а], что они возникают непрерывно и направление их распространения изотропно, а величины скоростей волн имеют достаточно широкий спектр. В такой ситуации частицы, вышедшие из захвата одной волны, могут резонансным образом захватиться другой нелинейной волной, движущейся в нужном направлении и с подходящей для захвата скоростью. Затем процесс ускорения для данных частиц может повторяться многократно как бы по эстафете. Отметим, что, выйдя из захвата волны, частицы будут удерживаться в галактическом магнитном поле в некоторой ограниченной их ларморовским радиусом области.

Оказывается, что предельные энергии, которые могут быть получены КЛ в Галактике, определяются максимальными размерами областей Галактики с квазиоднородным магнитным полем, в которых могут распространяться нелинейные волны [Кичигин, 2001, 2003а; Кичигин, Строкин, 2007]. В предлагаемой модели серфотронного ускорения частиц сценарий последовательного увеличения энергии частицами в Галактике таков. Сначала частицы из плазмы захватываются нерелятивистскими ударными (МЗУВ) и нелинейными плазменными волнами. Как показывает подробное рассмотрение [Кичигин, 2001; Кичигин, Строкин, 2007], и в МЗУВ, и в ленгмюровских волнах, распространяющихся в космической плазме с нерелятивистскими скоростями, заряженные частицы можно ускорить на таких звездах, как Солнце, и в их окрестности (гелиосфере) до энергий порядка Ю¹⁰ эВ и до энергий порядка 10¹⁵ эВ/нуклон в межзвездной среде. Далее релятивистские частицы, которые удерживаются магнитным полем в пределах Галактики, могут продолжить ускорение в релятивистских МЗУВ и плазменных волнах. На размерах, сравнимых с толщиной галактического диска (~100 пк), они могут получить энергии порядка Ю²⁰ эВ.