Сверхновые звёзды как источники космических лучей

Огромное выделение энергии при вспышках сверхновых звёзд и наблюдения нетеплового радиоизлучения позволили В.Л. Гинзбургу и С.И. Сыроватскому более 60 лет назад обосновать гипотезу о ключевой роли сверхновых как источников основной компоненты галактических космических лучей. К настоящему моменту многоканальные наблюдения остатков сверхновых во всём диапазоне электромагнитных волн предоставили большой объём данных, подтвердивший факт ускорения протонов и электронов до энергий порядка 100 ТэВ. Остаются открытыми несколько вопросов, среди которых проблема происхождения и поиск источников наблюдаемых космических лучей высоких энергий в интервале от 100 ТэВ до 1000 ПэВ. Решение проблем эффективной конверсии кинетической энергии эжекты сверхновой, вращательной энергии пульсаров, а также анизотропных течений плазмы вокруг аккрецирующих чёрных дыр в популяцию релятивистских частиц требует кинетического моделирования нелинейных механизмов с широким динамическим диапазоном масштабов. Моделирование необходимо, чтобы определить максимальные энергии частиц, ускоряемых сверхальвеновскими течениями плазмы с вмороженными магнитными полями и бесстолкновительными ударными волнами. Задача сводится к выявлению физических механизмов сильного (сверхадиабатического) усиления магнитной турбулентности, необходимого для быстрого ускорения частиц механизмом Ферми. В обзоре представлены результаты кинетического моделирования и анализ нелинейных механизмов формирования сильной анизотропной магнитной турбулентности и спектров ускоренных частиц. Недавние наблюдения орбитальной обсерваторией IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) поляризованного рентгеновского синхротронного излучения остатков сверхновых Тихо Браге, Кассиопея А, SN1006 и др. позволили с использованием нелинейных моделей заглянуть внутрь космических ускорителей частиц и понять механизмы модификации сильных ударных волн. Обсуждаются возможности ускорения ядер космических лучей мощными анизотропными истечениями плазмы в компактных релятивистских остатках коллапсировавших сверхновых звёзд. Молодые пульсары в двойных звёздных системах, а также аккрецирующие чёрные дыры — микроквазары могут ускорять ядра до энергий существенно выше ПэВ.