Локальный пузырь — это разреженная область межзвёздной среды диаметром порядка 200–400 парсек, в которой находится Солнечная система. Его происхождение связывают с серией вспышек сверхновых, произошедших в окрестностях за последние 10–20 млн лет. Внутри пузыря плотность межзвёздного газа значительно ниже средней в Галактике (порядка 0,005–0,05 см⁻³), а температура превышает 10⁶ К, что указывает на наличие горячей плазмы, удерживаемой магнитными полями.
Такая структура оказывает существенное влияние на распространение и интенсивность космических лучей (КЛ) вблизи Солнца. Из-за разреженности газа вероятность ядерных столкновений и генерации вторичных частиц снижается, что меняет соотношение первичных и вторичных компонентов КЛ, используемое при моделировании галактического транспорта.
Магнитные поля внутри пузыря отличаются сложной конфигурацией. Согласно наблюдениям поляризации межзвёздного излучения и данным космических миссий (например, IBEX и Voyager), линии магнитного поля на его границах имеют тенденцию изгибаться, формируя «стенку пузыря». Эта структура служит частичной преградой для космических лучей, особенно в диапазоне энергий ниже ~10 ГеВ, где их транспорт зависит от процессов диффузии и рассеяния.
Флуктуации магнитного поля внутри пузыря создают турбулентные режимы диффузии, отличные от среднегалактических. Это приводит к вариациям времени пребывания частиц в окрестностях Солнечной системы и может объяснять наблюдаемые аномалии в спектрах электронов и позитронов на энергиях десятков–сотен ГеВ.
В пределах Локального пузыря имеются остатки сверхновых и пульсарные системы (например, Вела, Геминга, Моноцерос). Эти объекты рассматриваются как возможные недавние источники высокоэнергичных космических электронов и позитронов. Их близость и относительная молодость означают, что частицы ещё не успели полностью смешаться с галактическим фоном, а их спектры и анизотропия могут сохранять «локальный след».
Именно Локальный пузырь объясняет часть наблюдаемых в экспериментах (AMS-02, DAMPE, CALET) избыточных потоков электронов и позитронов на энергиях выше 100 ГеВ, которые трудно согласовать с усреднёнными моделями галактической диффузии.
Галактика имеет спиральную структуру, в которой сконцентрировано большинство массивных звёзд, областей звездообразования и, как следствие, основных источников космических лучей — сверхновых и пульсаров. Спиральные рукава, благодаря своей неравномерной плотности, формируют пространственную неоднородность в распределении источников КЛ.
Солнечная система расположена между двумя основными рукавами — Стрельца и Персея, в так называемом Локальном межрукавном сегменте (или Локальном рукаве/Орионском отростке). Это приводит к тому, что усреднённое галактическое распределение источников КЛ заметно отличается от локального.
Спиральные рукава создают градиенты плотности источников, что напрямую отражается на спектрах КЛ. Вблизи рукавов ожидаются более высокие интенсивности, тогда как межрукавные области характеризуются пониженным фоном. Таким образом, положение Солнечной системы вблизи Локального рукава влияет на наблюдаемую энергодепендентную анизотропию КЛ.
Модели распространения, учитывающие спиральную структуру, показывают:
Рассмотрение Локального пузыря в отрыве от глобальной галактической структуры было бы неполным. С одной стороны, пузырь определяет условия диффузии и рассеяния КЛ в окрестности Солнца. С другой стороны, сами источники, питающие КЛ, распределены вдоль спиральных рукавов, и их пространственная неоднородность задаёт спектральные и анизотропные особенности наблюдаемых потоков.
Таким образом, локальные эффекты (остатки сверхновых в пузыре, анизотропные поля) накладываются на глобальную структуру (распределение источников по рукавам), формируя сложную картину, которую фиксируют современные космические детекторы.