На фото: исследователи проверяют поверхностный детектор Telescope Array в высокогорной пустыне в Дельте, штат Юта, в 2019 году. В 2021 году телескоп обнаружит вторую по энергии частицу космических лучей из всех зарегистрированных
Астрономы обнаружили редкую частицу с очень высокой энергией, которая падает на Землю, об этом говорится в научном издании Science. Это самый мощный космический луч со времен космического ливня Oh-My-God («О боже мой!»), наблюдавшегося 15 октября 1991 года.
Однако точное происхождение этой частицы из космоса остается загадкой, и некоторые ученые предполагают, что она могла быть порождена неизвестной физикой. Энергия загадочного космического луча оценивается в 240 эксаэлектронвольт (ЭэВ; 10 в восемнадцатой степени электронвольт). Энергия частицы Oh-My-God составляла около 320 ЭэВ.
Космический луч, несмотря на свое название, на самом деле является высокоэнергетической субатомной частицей — часто протоном, — которая проносится через пространство со скоростью, близкой к скорости света. Энергия обнаруженной частицы примерно в миллион раз превышает энергию, достигаемую самыми мощными ускорителями частиц, созданными человеком. Космические лучи с энергией более 100 ЭэВ наблюдаются редко — на каждый квадратный километр Земли в столетие приходится менее одной такой частицы.
Ученые назвали обнаруженную частицу «Аматерасу», в честь японской богини Солнца. Астроном из университета Osaka Metropolitan University Тосихиро Фудзии наткнулся на странные сигналы еще в 2021 году, проводя плановую проверку данных на телескопе Telescope Array — детекторе космических лучей в округе Миллард (штат Юта). Сигналы свидетельствовали о том, что детекторы установки столкнулись с чем-то сверхэнергичным. Сперва ученый решил, что произошла ошибка или баг в программном обеспечении. Однако результаты измерений соответствовали данным, полученным при использовании лучей ультравысоких энергий.
Но когда Фудзии и его сотрудники попытались определить источник энергетического всплеска, они не смогли найти ответа. Сверхвысокоэнергетические космические лучи обычно движутся в пространстве относительно плавно, поскольку они не так сильно отражаются от магнитных полей, как низкоэнергетические космические лучи. Это позволило бы легко определить, от какой звезды, черной дыры или галактики они исходят.
Однако Фудзии и его сотрудники рассчитали, что источник луча находится в области, похожей на пустоту, где находится мало галактик. Чтобы предусмотреть все возможные варианты, исследователи также попытались сопоставить космический луч с возможными галактиками-источниками и объектами, расположенными непосредственно за направлением его прихода. Но ни один из них не подошел. Потенциальным кандидатом на такой уровень энергии была бы сверхмассивная черная дыра в сердце другой галактики.
Другая возможность заключается в том, что космические лучи сверхвысоких энергий порождаются неизвестными физическими процессами, которые могут позволить им преодолевать гораздо большие расстояния, чем считалось ранее, говорит Хосе Беллидо Касерес, специалист по физике космических лучей из Университета Аделаиды (Австралия). «Это может быть новая физика», — говорит Беллидо Касерес, работающий в обсерватории Пьера Оже в Маларгюэ (Аргентина). Он добавил, что космические лучи представляют собой полигон для изучения взаимодействия частиц при экстремальных энергиях, которые не могут быть получены в ускорителях на Земле.
В настоящее время Фудзии и его команда занимаются модернизацией телескопической решетки, которая должна стать в четыре раза более чувствительной, чем раньше. Это позволит исследователям фиксировать большее количество редких космических лучей сверхвысоких энергий и более точно отслеживать их происхождение.
«Ливень» вторичных субатомных частиц (преимущественно, электронов), образующийся в результате множественных каскадных реакций космических лучей в земной атмосфере.