Астрономы засекли самую высокоэнергетичную частицу за 30 лет наблюдений

❋ 3.7

Частица Аматэрасу — так ученые эксперимента Telescope Array назвали частицу космических лучей сверхвысоких энергий, «прилетевшую» на Землю в мае 2021 года. По количеству энергии она уступает лишь легендарной частице Oh-My-God, обнаруженной более 30 лет назад. Происхождение нового явления неясно — в той части неба, откуда оно пришло, на вид ничего нет.

Астрономия

# высокоэнергетические частицы

# космические лучи

# космос

Иллюстрация космического луча, долетевшего до Telescope Array, в представлении художника / © Osaka Metropolitan University, L-INSIGHT, Kyoto University, Ryuunosuke Takeshige / Автор: Pinaria Caprarius

Проект Telescope Array — гигантский детектор космических лучей в американском штате Юта. Он состоит из 507 станций, раскиданных сетью на площади примерно 700 квадратных километров. С его помощью ученые «поймали» уже больше 30 космических лучей высоких энергий.

В 2021 году, во время очередной рутинной проверки детектора, Тошихиро Фуджи, астроном из Городского университета Осаки (Япония), заметил необычные сигналы. На космический луч среагировали 23 детектора на северо-западе Telescope Array. По словам астронома, сперва он подумал, что наблюдает ошибку программного обеспечения.

Анализ данных подтвердил, что это был космический луч, частица которого достигла энергии в 240 эксаэлектронвольт (2,4 x 10²⁰ электронвольта). За всю историю наблюдений энергия была выше лишь у частицы Oh-My-God, открытой в 1991 году, — 320 эксаэлектронвольт. Тогда ученые не представляли, что может создавать такие частицы.

Сегодня астрофизики предполагают, что такие энергичные частицы рождаются в релятивистских джетах черных дыр, гамма-всплесках активных ядер галактик и других самых энергичных космических феноменах.

На месте предполагаемого источника новой частицы оказалась довольно пустынная область с небольшим количеством галактик. Авторы исследования проверили также объекты и галактики вблизи этой области, но и там не оказалось подходящих кандидатов.

Частицу космического луча назвали Аматэрасу — в честь японской богини Солнца. Результаты работы опубликованы в журнале Science.

Направление источника частицы Аматэрасу (черный круг), обнаруженной 27 мая 2021 года. Более тонкими кругами обозначены направления прибытия других частиц космических лучей высоких энергий. Новый источник находится вдали от остальных / © Telescope Array Collaboration et al., Science, 2023

Космические лучи считаются высокоэнергетичными, когда их энергия превышает 5 x 10¹⁹ электронвольт. Они состоят из протонов (89%), ядер гелия (10%) и более тяжелых ядер.

По теоретическим подсчетам, существует предельная энергия протона, при которой он уже не сможет свободно лететь по космическому пространству. Потому что начнет взаимодействовать с реликтовым излучением и «потеряет» энергию. Это значение называют пределом Грайзена — Зацепина — Кузьмина.

Раз наблюдаемые частицы не «растеряли» свою энергию, значит, они образовались не так уж далеко. По оценкам ученых, в пределах 50-100 мегапарсек.

«Магнитные поля в галактике и межгалактическом пространстве не должны влиять на частицы с такой высокой энергией. Поэтому у вас должна быть возможность определить точное местоположение их источника на небе. Но в случае частицы Oh-My-God и этой новой частицы вы отслеживаете ее траекторию к источнику, а там нет ничего, что может создать частицу с такой энергией», — объяснил Джон Мэтьюс, профессор Университета Юты и представитель Telescope Array.

Возможно, магнитные поля все же достаточно мощные, чтобы отклонить полет космического луча, но это противоречит другим наблюдениям. Ученые также не забывают о том, что проблема может быть в стандартной модели физики. Для объяснения феномена этих частиц может понадобиться усовершенствованная теория.

Пока ученые заняты улучшением детекторов Telescope Array. После апгрейда инструмент станет в четыре раза более чувствительным, и это позволит точнее отслеживать источники частиц.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Автор специализируется на популяризации астрономии и астрофизики. Пишет о строении Вселенной, космологических теориях и новых открытиях, раскрывая суть явлений и идей современного научного знания.