Космически лъч, ударил земната атмосфера, озадачава астрофизиците.

Малката частица е била заредена с 240 екзаелектронволта енергия (или 2,4 x 1020 електронволта). В това отношение тя отстъпва единствено на т.нар. „Oh-My-God”, открита през 1991 г. (320 екзаелектронволта).

И в двата случая изследователите не успяват да проследят първоизточника.

"Частиците са с толкова висока енергия, че не би трябвало да се влияят от галактическите и извънгалактическите магнитни полета. Би трябвало да можете да посочите откъде идват в небето", казва физикът Джон Матюс от Университета на Юта и член на сътрудничеството в рамките на проекта Telescope Array, направил откритието.

Но както при Oh-My-God, така и при настоящата частица, ако проследите траекторията ѝ до нейния източник, няма да откриете достатъчно високоенергиен обект, който може да я произвел, допълва Матюс.

Космическите лъчи са една малка космическа загадка. Успяваме да ги открием вече повече от век, но все още нямаме ясна представа за различните начини, по които могат да се разпространяват във Вселената.

Всъщност те не са радиация като светлината; това са частици, предимно атомни ядра, но също и неядрени частици като протони и електрони. И те се разпространяват във Вселената със скорост, близка до тази на светлината, и притежават по-голяма мощност, отколкото би трябвало.

Учените смятат, че се получават при енергийни обстоятелства, като например свръхнови и звездни сблъсъци. По-малко енергийни източници като звездите (включително Слънцето) произвеждат космически лъчи с по-ниска енергия, но по-мощните се оказват малко по-трудни за определяне.

Атмосферата ни предпазва от космическите лъчи, което всъщност е чудесно, но все пак разполагаме с някои доста ефективни начини за засичането им.

Когато един космически лъч попадне в атмосферата, той се сблъсква с други частици в нея, създавайки дъжд от частици, който пада на Земята. Разполагаме с обсерватории, които могат да открият въпросните частици, като ги свържат със сблъсъка на космическите лъчи, който ги е породил.

Въпреки това дъждовете, предизвикани от енергийни космически лъчи, падат на сравнително голяма площ, което означава, че трябва да покрием доста голяма територия, ако искаме да възстановим събитието с частици с някаква точност.

Масивът Telescope Array, управляван от международно сътрудничество, има ефективна площ за засичане от 700 квадратни километра.

Източник: Toshihiro Fujii, L-INSIGHT, Kyoto University (Supported by MEXT)

На 27 май 2021 г. масивът улавя сигнал. След като извършват изчисления и анализ, както и проверка и повторна проверка, сътрудниците на телескопния масив стигат до заключението, че са открили частица от енергийната скала на частицата Oh-My-God.

"Когато за пръв път открих този свръхвисокоенергиен космически лъч - казва физикът Тошихиро Фуджии от университета "Осака Метрополитън", който ръководи изследването, - си помислих, че сигурно е станала грешка, тъй като той показа енергийно ниво, на което не сме се натъквали през последните три десетилетия."

Откритието, направено с помощта на техника, различна от тази, с която е засечена частицата Oh-My-God, и в различна част на небето, предполага, че макар и редки, тези наблюдения представляват реални астрофизични събития. Откриването на частицата Oh-My-God не е случайност, нито грешка.

Изследователският екип е нарекъл новата частица Аматерасу на името на могъщата шинтоистка богиня на Слънцето. Според учените и двете вероятно са протони.

Потвърждението на свръхвисокоенергийните космически лъчи върви ръка за ръка с известни проблеми. В общи линии свръхвисокоенергийните частици имат ясно изразена граница - енергия, известна като границата на Грейзен-Зацепин-Кузмин, която е 5 x 1019 електронволта.

Смята се, че това е максималната енергия, която една частица може да поддържа на големи разстояния от около 160 милиона светлинни години, тъй като космическите лъчи губят енергия, докато пътуват в пространството.

Анимация, показваща модела на откриване на дъжда от частици Аматерасу. (Osaka Metropolitan University)

Очевидно е, че на такова разстояние от нас има неща, които могат да предизвикат космически лъчи, но на 160 милиона светлинни години от Слънчевата система не е открито нищо, което да е достатъчно мощно, за да доведе до формирането на Oh-My-God или Аматерасу.

"Нещата, които хората смятат за енергийни, като свръхновите, далеч не са достатъчно енергийни за подобно нещо", казва Матюс. "Необходими са огромни количества енергия, наистина високи магнитни полета, които да ограничат частицата, докато тя се ускорява."

А проследяването на линията, която Аматерасу изглежда е изминала през пространството, води обратно до космическа празнота - област от пространството между нишките, върху които галактиките обикновено се струпват. Това означава, че има нещо, което по един или друг начин пропускаме.

Може би магнитните полета са по-добри в ускоряването на частиците, отколкото сме си мислили. Може би има близък източник, който не сме забелязали. Или може би частиците ни насочват към невиждано досега астрофизично явление.

"Това може да са дефекти в структурата на пространство-времето, сблъскващи се космически струни", казва физикът Джон Белц от Университета в Юта.

„Това е истинска мистерия“, допълва той.

Изследването е публикувано в списание Science.

Източник: Science Alert