Астрономи засікли найвищу енергетичну частку за 30 років спостережень

Частка Аматерасу — так вчені експерименту Telescope Array назвали частинку космічних променів надвисоких енергій, яка прилетіла на Землю в травні 2021 року. За кількістю енергії вона поступається лише легендарній частинці Oh-My-God, виявленій понад 30 років тому. Походження нового явища неясно — в тій частині неба, звідки воно прийшло, на вигляд нічого немає.

Проект Telescope Array – гігантський детектор космічних променів в американському штаті Юта. Він складається із 507 станцій, розкиданих мережею на площі приблизно 700 квадратних кілометрів. З його допомогою вчені «зловили» вже понад 30 космічних променів найвищих енергій.

2021 року, під час чергової рутинної перевірки детектора, Тошихіро Фуджі, астроном з Міського університету Осаки (Японія), помітив незвичайні сигнали. На космічний промінь зреагували 23 детектори на північному заході Telescope Array. За словами астронома, спочатку він подумав, що спостерігає помилку програмного забезпечення.

Аналіз даних підтвердив, що це був космічний промінь, частка якого досягла енергії 240 ексаелектронвольт (2,4×10²⁰ електронвольта). За всю історію спостережень енергія була вищою лише у частки Oh-My-God, відкритої 1991 року, — 320 ексаелектронвольт. Тоді вчені не уявляли, що може створювати такі частки.

Сьогодні астрофізики припускають, що такі енергійні частинки народжуються в релятивістських джетах чорних дірок, гамма-сплесках активних ядер галактик та інших найенергійніших космічних феноменах.

На місці передбачуваного джерела нової частки виявилася досить пустельна з невеликою кількістю галактик. Автори дослідження перевірили також об’єкти та галактики поблизу цієї галузі, але й там не виявилося підходящих кандидатів. Частку космічного променя назвали Аматерасу — на честь японської богині Сонця. Результати роботи опубліковані в журналі Science.

Космічні промені вважаються високоенергетичними, коли їхня енергія перевищує 5×10¹⁹ електронвольт. Вони складаються з протонів (89%), ядер гелію (10%) та більш важких ядер.

За теоретичними підрахунками, існує гранична енергія протона, коли він не зможе вільно летіти космічним простором. Тому що почне взаємодіяти з реліктовим випромінюванням та «втратить» енергію. Це значення називають межею Грайзена – Зацепіна – Кузьміна. Якщо частки, що спостерігаються, не «розгубляли» свою енергію, значить, вони утворилися не так вже й далеко. За оцінками вчених, близько 50-100 мегапарсек.

«Магнітні поля в галактиці та міжгалактичному просторі не повинні впливати на частинки з такою високою енергією. Тому у вас має бути можливість визначити точне розташування їхнього джерела на небі. Але у випадку частки Oh-My-God і цієї нової частки ви відстежуєте її траєкторію до джерела, а там немає нічого, що може створити частинку з такою енергією», — пояснив Джон Метьюс, професор Університету Юти та представник Telescope Array.

Можливо, магнітні поля все ж таки досить потужні, щоб відхилити політ космічного променя, але це суперечить іншим спостереженням. Вчені також не забувають про те, що проблема може бути в стандартній моделі фізики. Для пояснення феномена цих часток може знадобитися вдосконалена теорія. Поки вчені зайняті покращенням детекторів Telescope Array. Після апгрейду інструмент стане вчетверо чутливішим, і це дозволить точніше відстежувати джерела частинок.