Луч из космической пустоты: в атмосферу Земли вторглась частица с экстремальной энергией

Гость из Войда

Международная команда во главе с Университетом Юты (США) исследовала таинственный космический луч, который вторгся на нашу планету. Лучом была единственная субатомная частица с энергией свыше 240 экса-электрон-вольт (2,4×1020 эВ), которая уступает по мощности только знаменитой частице Oh-My-God 1991 года. Как и в первом случае, астрофизики не знают его источник. По результатам анализа данных с массива телескопов в пустыне Юты, он исходил из пространства, где нет никакого достаточно мощного источника для такого луча, как считалось до сих пор.

В 1991 году ученые впервые зафиксировали космический луч с самой высокой энергией, когда-либо наблюдавшейся — 320 экса-электрон-вольт. Она была больше, чем возможно для космических лучей, доходящих до Земли из других галактик. А в Млечном пути не было ничего с достаточной мощностью, что могло бы произвести такую частицу. Ей дали имя Oh-My-God («О-Боже-мой»), но, по сути, она вообще не должна была существовать. С тех пор международный проект «Массив телескопов» поймал более 30 космических высокоэнергетических лучей, но среди них не было ни одного подобного по мощности частице Oh-My-God.

27 мая 2021 года 23 наземных детектора-станции сработали в северо-западной части «Массива» в высокогорной пустыне в штате Юта. Они зарегистрировали второй по величине космический луч экстремальной энергии. Результаты его исследования были опубликованы 24 ноября 2023 года в журнале Science.

Частица получила название Аматерасу в честь богини солнца из японской мифологии. Оценив все известные характеристики луча, ученые пришли к выводу, что он прибыл из Войда — космической пустоты, граничащей с Млечным Путем. Это область космоса, где нет галактик и галактических скоплений. Но, что называется, есть нюанс.

«Энергия частиц настолько высока, что на них не должны влиять галактические и внегалактические магнитные поля. Вы должны быть в состоянии указать, откуда они исходят на небе», — рассказывает астрофизик Джон Мэтьюз.

Две частицы, говорят ученые, были обнаружены разными методами наблюдений, что подтверждает: эти сверхэнергичные явления редки, но реальны. И похоже, они происходят из совершенно разных мест, нет какого-то одного «таинственного источника».

Истина где-то рядом?..

Космические лучи — это отголоски таких событий, как вспышки сверхновых и столкновения звезд. Они разделяют материю до субатомных структур и «швыряют» во Вселенную заряженные частицы — протоны, электроны или целые атомные ядра. Менее мощные объекты, такие, как звезды (в том числе наше Солнце), не могут произвести лучи с такой энергией.

Произведенные частицы путешествуют в космосе и часто падают на Землю. Их скорость близка к скорости света, но мощность больше, чем они должны бы иметь. Хотя земная атмосфера защищает нас от таких лучей, современная аппаратура все-таки может их обнаружить, когда они сталкиваются с другими частицами в нашей атмосфере.

Авторы исследования предполагают, что эти редкие явления могут объясняться физикой элементарных частиц, неизвестной пока нашей науке. Так, до сих пор считается, что частица может поддерживать такую максимальную энергию на расстояниях не больше 160 миллионов световых лет. Дальше космические лучи теряют энергию при прохождении через пространство. Но в таком радиусе от Солнечной системы нет известного нам вещества, производящего данную энергию.

Исследователи предлагают разные версии для объяснения таинственного космического луча:

• магнитные поля ускоряют частицы лучше, чем мы думали;

• поблизости есть источник, которого мы не видим;

• эти частицы подсказывают нам, что существует ранее невиданное астрофизическое явление.

Один из авторов даже поделился, по его словам, «сумасшедшей идеей», что источником могут быть дефекты в структуре пространства/времени.

Хотя многие важные открытия когда-то казались сумасшедшими идеями.

Как физики охотятся на неуловимые нейтрино, каждый день триллионами «пронзающие» наши тела, читайте здесь.