Частинка Аматерасу – так вчені експерименту Telescope Array назвали частинку космічних променів надвисоких енергій, що “прилетіла” на Землю в травні 2021 року. За кількістю енергії вона поступається лише легендарній частинці Oh-My-God, виявленої понад 30 років тому. Походження нового явища неясно – в тій частині неба, звідки воно прийшло, на перший погляд нічого немає.
Ілюстрація космічного променя, що долетів до телескопа Array, у поданні художника / © Osaka Metropolitan University, L-INSIGHT, Kyoto University, Ryuunosuke Takeshige
Проект Telescope Array – гігантський детектор космічних променів в американському штаті Юта. Він складається з 507 станцій, розкиданих мережею на площі приблизно 700 квадратних кілометрів. З його допомогою вчені «зловили» вже більше 30 космічних променів високих енергій.
У 2021 році, під час чергової рутинної перевірки детектора, Тошіхіро Фудзі, астроном з Міського університету Осаки (Японія), помітив незвичайні сигнали. На космічний промінь зреагували 23 детектори на північному заході Telescope Array. За словами астронома, спершу він подумав, що спостерігає помилку програмного забезпечення.
Аналіз даних підтвердив, що це був космічний промінь, частинка якого досягла енергії в 240 ексаелектронвольт (2,4 x 1020 електронвольта). За всю історію спостережень енергія була вище лише у частинки Oh-My-God, відкритої в 1991 році, — 320 ексаелектронвольт. Тоді вчені не уявляли, що може створювати такі частинки.
Сьогодні астрофізики припускають, що такі енергійні частинки народжуються в релятивістських струменях чорних дір, гамма-сплесках активних галактичних ядер та інших найбільш енергійних космічних явищах.
На місці передбачуваного джерела нової частинки виявилася досить пустельна область з невеликою кількістю галактик. Автори дослідження перевірили також об’єкти і галактики поблизу цієї області, але і там не виявилося відповідних кандидатів.
- Телескопи MAGIC зняли вибух нової
- Вчені запропонували нову теорію появи води на планетах
- Гравітаційна лінза відкрила невидиму зоряну систему
Частинку космічного променя назвали Аматерасу – на честь японської богині Сонця. Результати роботи опубліковані в журналі Science.
Напрямок джерела частинки Аматерасу (чорне коло), виявленої 27 травня 2021 року. Більш тонкими колами позначені напрямки прибуття інших частинок космічних променів високих енергій. Нове джерело знаходиться далеко від решти / © Telescope Array Collaboration et al., Science, 2023
Космічні промені вважаються високоенергетичними, коли їх енергія перевищує 5 x 1019 електронвольт. Вони складаються з протонів (89%), ядер гелію (10%) і важчих ядер.
За теоретичними підрахунками, існує гранична енергія протона, при якій він вже не зможе вільно летіти по космічному простору. Тому що почне взаємодіяти з реліктовим випромінюванням і «втратить» енергію. Це значення називають межею Грайзена — Зацепіна-Кузьміна.
Раз спостережувані частинки не “розгубили” свою енергію, значить, вони утворилися не так вже далеко. За оцінками вчених, в межах 50-100 мегапарсек.
Можливо, магнітні поля все ще 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 частинок може знадобитися вдосконалена теорія.
Поки вчені зайняті поліпшенням детекторів Telescope Array. Після апгрейда інструмент стане в чотири рази більш чутливим, і це дозволить точніше відстежувати джерела частинок.