Таинственный космический луч пришел из-за пределов нашей галактики: ученые недоумевают

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, сообщает CNN.

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 соперничает с единственным самым энергичным космическим лучом, когда-либо наблюдавшимся, частицей “О боже мой” (Oh-My-God), которая была обнаружена в 1991 году.

Космические лучи - это заряженные частицы, которые путешествуют в космосе и постоянно падают дождем на Землю, поясняет CNN. Низкоэнергетические космические лучи могут исходить от Солнца, но чрезвычайно высокоэнергетические являются исключительными. Считается, что они попадают на Землю из других галактик и внегалактических источников.

“Если вы протянете руку, один космический луч проходит через вашу ладонь каждую секунду, но это действительно низкоэнергетические объекты, - рассказывает соавтор исследования Джон Мэтьюз, профессор-исследователь из Университета Юты. – Когда вы сталкиваетесь с этими действительно высокоэнергетическими космическими лучами, это больше похоже на единицу на квадратный километр в столетие. Это никогда не проходит через ваши руки”.

Несмотря на годы исследований, точное происхождение этих высокоэнергетических частиц все еще неясно. Считается, что они связаны с наиболее энергетическими явлениями во Вселенной, такими как те, которые связаны с черными дырами, гамма-всплесками и активными ядрами галактик, но самые крупные, обнаруженные на данный момент, по-видимому, происходят из пустот или пустого пространства, где не происходило никаких бурных небесных событий.

Недавно обнаруженная частица, прозванная частицей Аматэрасу в честь богини солнца в японской мифологии, была замечена обсерваторией космических лучей в Западной пустыне штата Юта, известной как Telescope Array.

Массив телескопов, который начал функционировать в 2008 году, состоит из 507 поверхностных детекторов размером со стол для пинг-понга, охватывающих 700 квадратных километров. Согласно исследованию, он наблюдал более 30 космических лучей сверхвысокой энергии, но ни одно из них не было крупнее частицы Аматерасу, которая попала в атмосферу над Ютой 27 мая 2021 года, обрушив дождь вторичных частиц на землю, где они были зафиксированы детекторами.

“Вы можете посмотреть на то, сколько частиц попало в каждый детектор, и это скажет вам, какова была энергия первичного космического луча”, - сказал Мэтьюз.

Событие активировало 23 поверхностных детектора с расчетной энергией около 244 экзаэлектронвольт. Частица “О боже мой”, обнаруженная более 30 лет назад, составляла 320 экзаэлектронвольт.

Для справки, поясняет CNN, 1 экзаэлектронвольт равен 1 миллиарду гигаэлектронвольт, а 1 гигаэлектронвольт равен 1 миллиарду электронвольт. Это дало бы частице Аматерасу 244 000 000 000 000 000 000 000 электронвольт. Для сравнения, по данным НАСА, типичная энергия электрона в полярном сиянии составляет 40 000 электронвольт.

Космический луч сверхвысокой энергии несет в себе в десятки миллионов раз больше энергии, чем любой созданный человеком ускоритель частиц, такой как Большой адронный коллайдер (БАК), самый мощный ускоритель, когда-либо построенный, утверждает Гленнис Фаррар, профессор физики Нью-Йоркского университета.

“Что требуется, так это область с очень сильными магнитными полями — как у сверхразмерного БАК, но естественного происхождения. И требуемые условия действительно исключительные, поэтому источники очень, очень редки, а частицы рассеиваются в огромной Вселенной, так что шансы на то, что одна из них попадет на Землю, ничтожны”, - говорит Фаррар.

Атмосфера в значительной степени защищает людей от любого вредного воздействия частиц, хотя космические лучи иногда вызывают сбои в работе компьютера. Частицы и космическая радиация в более широком смысле представляют больший риск для астронавтов, потенциально вызывая структурные повреждения ДНК и изменяя многие клеточные процессы, согласно НАСА.

Источник этих частиц сверхвысокой энергии ставит ученых в тупик.

Мэтьюз, со-представитель Telescope Array Collaboration, сказал, что два крупнейших зарегистрированных космических луча оказались “своего рода случайными” — когда прослеживаются их траектории, оказывается, что нет ничего достаточно высокоэнергетичного, чтобы произвести такие частицы. В частности, частица Аматерасу, по-видимому, произошла из так называемой Локальной пустоты, пустой области пространства, граничащей с галактикой Млечный Путь.

“Если вы возьмете два события с наивысшей энергией — то, которое мы только что обнаружили, частицу "О боже мой", - они, кажется, даже ни на что не указывают. Это должно быть что-то относительно близкое. Астрономы с видимыми телескопами не могут увидеть ничего по-настоящему большого и по-настоящему жестокого, - сказал Мэтьюз. – Это происходит из области, которая выглядит как локальное пустое пространство. Это пустота. Так что, черт возьми, происходит?”

Расширение массива телескопов может дать некоторые ответы, отмечает CNN. Согласно заявлению Университета Юты, после завершения строительства 500 новых детекторов позволят телескопу фиксировать потоки частиц, вызванные космическими лучами, на площади 2900 квадратных километров (около 1120 квадратных миль) - площади, почти равной размеру Род-Айленда.