Загадочные космические лучи Аматэрасу из запредельной, отн. нашей Галактики, Местной Пустоты

Самый мощный космический луч со времен частицы «Oh-My-God» озадачил учёных

— космологи зафиксировали частицу интенсивной (экстремальной) энергии, которая не может быть создана ускорителями на Земле, названной в честь богини Солнца в японской мифологии Аматэрасу, прибывшую из за пределов нашей галактики. Но объяснение того, откуда она взялась и что может производить такую ​​высокую энергию, потребует новых принципов познания физики.

Ученые-космологи, стремящиеся понять загадочное происхождение мощных космических лучей, обнаружили чрезвычайно редкую частицу сверхвысокой энергии, которая, по их мнению, прибыла на Землю из-за пределов галактики Млечный Путь.

По словам авторов нового исследования , опубликованного в четверг в журнале Science, энергия этой субатомной частицы, невидимой невооруженным глазом, эквивалентна падению кирпича на палец ноги с высоты талии. Исследование показало, что он конкурирует с самым энергичным космическим лучом, когда-либо наблюдавшимся, — частицей «Oh-My-God», которая была обнаружена в 1991 году.

Космические лучи — это заряженные частицы, которые путешествуют в космосе и постоянно падают на Землю. Низкоэнергетические космические лучи могут излучаться от Солнца, но чрезвычайно высокоэнергетические являются исключительными.  Считается, что они прибыли на Землю из других галактик и внегалактических источников.

«Если вы протянете руку, один (космический луч) пройдет через вашу ладонь каждую секунду, но это действительно низкоэнергетические объекты», — сказал соавтор исследования Джон Мэтьюз, профессор-исследователь из Университета Юты.

«Когда вы добираетесь до этих действительно высокоэнергетических (космических лучей), это скорее один на квадратный километр в столетие. Оно никогда не пройдет сквозь твои руки».

Несмотря на годы исследований, точное происхождение этих частиц высокой энергии до сих пор не ясно. Считается, что они связаны с наиболее энергичными явлениями во Вселенной, такими как черные дыры, гамма-всплески и активные галактические ядра, но самые крупные из обнаруженных на сегодняшний день, по-видимому, происходят из пустот или пустого космоса, где нет агрессивных небесных явлений. события произошли.

Отслеживание космических лучей высокой энергии

Недавно обнаруженная частица, названная частицей Аматэрасу в честь богини Солнца в японской мифологии, была обнаружена обсерваторией космических лучей в Западной пустыне штата Юта, известной как Телескопическая решетка. Телескопическая решетка, которая начала работать в 2008 году, состоит из 507 поверхностных детекторов размером со стол для пинг-понга, охватывающих 700 квадратных километров (270 квадратных миль).
Обсерватория зафиксировала более 30 космических лучей сверхвысокой энергии, но ни один из них энергетически не превышал частицу Аматэрасу, которая ударила в атмосферу над штатом Юта 27 мая 2021 года, вызвав дождь вторичных частиц на землю, где они были уловлены детекторами. 

«Вы можете посмотреть… сколько частиц попадает в каждый детектор, и это скажет вам, какова была энергия первичных космических лучей», — сказал Мэтьюз.

Это событие вызвало срабатывание 23 поверхностных детекторов с расчетной энергией около 244 экзаэлектронвольт. Частица «О Боже мой», обнаруженная более 30 лет назад, имела энергию 320 экзаэлектронвольт.

Для справки: 1 экзаэлектронвольт равен 1 миллиарду гигаэлектронвольт, а 1 гигаэлектронвольт — 1 миллиарду электронвольт. Это сделало бы частицу Аматэрасу 244 000 000 000 000 000 000 электрон-вольт. Для сравнения, по данным НАСА , типичная энергия электрона в полярном сиянии составляет 40 000 электронвольт .

Космические лучи сверхвысокой энергии несут в десятки миллионов раз больше энергии, чем любой искусственный ускоритель частиц, такой как Большой андронный коллайдер , самый мощный из когда-либо построенных ускорителей, объяснила Гленнис Фаррар, профессор физики Нью-Йоркского университета.

«Что требуется, так это область с очень сильными магнитными полями — как у огромного БАКа, но естественного происхождения. И требуемые условия действительно исключительны, поэтому источники очень и очень редки, а частицы рассеиваются в огромной Вселенной, поэтому шансы того, что одна из них столкнется с Землей, ничтожны», — сказал Фаррар, не принимавший участия в исследовании, через электронная почта.

Атмосфера в значительной степени защищает людей от любого вредного воздействия частиц, хотя космические лучи иногда вызывают сбои в работе компьютеров. По данным НАСА , эти частицы и космическое излучение в более широком смысле представляют больший риск для астронавтов, поскольку могут вызвать структурные повреждения ДНК и изменить многие клеточные процессы .

Таинственный источник

Источник этих частиц сверхвысокой энергии ставит учёных в тупик.

Мэтьюз, со-представитель компании Telescope Array Collaboration, сказал, что два крупнейших зарегистрированных космических луча оказались «своего рода случайными» — если проследить их траектории, оказывается, что не существует ничего достаточно высокоэнергетического, чтобы произвести такие частицы. В частности, частица Аматэрасу, похоже, возникла из так называемой Местной Пустоты, пустынной области космоса, граничащей с галактикой Млечный Путь.

«Если вы возьмете два события с самой высокой энергией — то, которое мы только что обнаружили и частицу «Oh-My-God!», — то они, похоже, даже ни на что не указывают. Это должно быть что-то относительно близкое. Астрономы с телескопами не могут увидеть ничего действительно большого и действительно угрожаемого», — сказал Мэтьюз.

«Оно происходит из той точки Вселенной, которое выглядит как местное пустое пространство. Это пустота. Так что, черт возьми, происходит?».

Расширение и модернизациия массива телескопов может дать некоторые ответы. После завершения строительства 500 новых детекторов позволят телескопической решетке улавливать потоки частиц, вызванные космическими лучами, на площади 2900 квадратных километров (около 1120 квадратных миль) — территории, почти равной Род-Айленду, согласно заявлению Университета Юты.

Космические лучи представляют собой испытательный полигон для изучения взаимодействия частиц при экстремальных энергиях, которые не могут быть созданы ускорителями на Земле.