Ученые, работающие с телескопом Telescope Array, дали частице космических лучей сверхвысоких энергий, зарегистрированной в мае 2021 года, имя Аматэрасу. По уровню энергии она превосходит только легендарную частицу Oh-My-God, обнаруженную более трех десятилетий назад. Происхождение этого нового явления остается неясным, так как в области неба, откуда оно предположительно пришло, не наблюдается никаких видимых объектов.
Telescope Array — крупномасштабный детектор космических лучей, расположенный в штате Юта, США. Он включает в себя 507 станций, образующих сеть, охватывающую территорию около 700 квадратных километров. Благодаря этому оборудованию исследователи зафиксировали свыше 30 космических лучей, обладающих высокой энергией.
В 2021 году во время обычной проверки детектора Тошихиро Фуджи, астроном из Городского университета Осаки (Япония), зафиксировал аномальные сигналы. 23 детектора на северо-западе Telescope Array отреагировали на космический луч. Астроном отмечает, что изначально подумал, что наблюдает ошибку программного обеспечения.
Анализ данных показал, что источником явился космический луч, энергия частицы которого составила 240 эксаэлектронвольт (2,4 x 10 20 электронвольта). За всю историю наблюдений энергия была выше лишь у частицы Oh-My-God, открытой в 1991 году, — 320 эксаэлектронвольт. Тогда ученые не представляли, что может создавать такие частицы.
Современные астрофизики считают, что эти высокоэнергетичные частицы возникают в релятивистских струях черных дыр, гамма-всплесках активных галактических ядер и других космических явлениях, обладающих наибольшей энергией.
Область, где, предположительно, находится новая частица, оказалась достаточно пустынной, с небольшим количеством галактик. Исследователи также проверили объекты и галактики в окрестностях этой области, однако и там не было обнаружено подходящих кандидатов.
Обнаруженной частице космического луча присвоили имя Аматэрасу, в честь японской богини Солнца. Результаты работы опубликованы в журнале Science.
Космические лучи классифицируются как высокоэнергетичные, если их энергия превышает 5 x 10 19 электронвольт. Они состоят из протонов (89%), ядер гелия (10%) и более тяжелых ядер.
Согласно теоретическим расчетам, существует максимальная энергия протона, после превышения которой он не сможет свободно перемещаться в космическом пространстве. Это связано с тем, что он начнет взаимодействовать с реликтовым излучением и будет терять энергию. Это значение называют пределом Грайзена — Зацепина — Кузьмина.
Поскольку наблюдаемые частицы сохранили свою энергию, можно предположить, что они возникли относительно недалеко от нас. По мнению ученых, это произошло в пределах от 50 до 100 мегапарсек.
«Магнитные поля в галактике и межгалактическом пространстве не способны оказывать воздействие на частицы, обладающие столь высокой энергией. В связи с этим, должно быть возможно определение точного небесного местоположения их источника. Однако, в случае с частицей Oh-My-God и этой новой частицей, траектория их движения указывает на источник, где отсутствует нечто, способное генерировать частицы с подобной энергией», — объяснил Джон Мэтьюс, профессор из Университета Юты и представитель Telescope Array.
Магнитные поля, вероятно, обладают достаточной силой для изменения траектории космического луча, хотя это и не согласуется с другими данными. Исследователи также учитывают возможность того, что причина кроется в стандартной модели физики. Для объяснения природы этих частиц может потребоваться более совершенная теория.
Пока ученые работают над совершенствованием детекторов Telescope Array. После модернизации чувствительность инструмента возрастет в четыре раза, что обеспечит более точное определение источников частиц.