Наблюдаван е свръхмощен космически лъч, идващ отвъд нашата галактика

Регистриран е изключително рядък космически лъч с ултрависока енергия, който идва от място отвъд галактиката Млечен път и което е още по-странно – от празна област, в която не се забелязват никакви мощни космически явления.

Този космически дъжд съперничи на единствения по-високоенергиен космически лъч, наблюдаван някога, частицата Oh-My-God (О, Боже мой), открита през 1991 г.

(Названието на частицата Oh-My-God не е случайно, тя е имала толкова висока кинетична енергия, че се е движела в пространството със скорост приблизително 99,99999999999999999999951% от скоростта на светлината, енергията на частицата, която е причинила потока, се оценява на 3⋅10²⁰ eV (3⋅10⁸ TeV), около 20 милиона пъти по-голяма от енергията на частиците, излъчени от извънгалактични обекти.)

Новото изследване е публикувано в четвъртък в списание Science.

Космическите лъчи са заредени частици, които пътуват през космоса и постоянно бомбардират Земята. Обикновено това са нискоенергийни частици отр Слънцето. Изключително високоенергийните са редки. Смята се, че пътуват до Земята от други галактики и извънгалактични източници.

Въпреки годините изследвания, точният произход на тези високоенергийни частици все още не е ясен. Смята се, че са свързани с най-високо енергийните явления във Вселената, като черни дупки, изблици на гама лъчи и активни галактически ядра, но най-големите открити досега изглежда произхождат от т.нар. “войдове” или празни пространства, където няма мощни космически събития.

Проследяване на високоенергийни космически лъчи

Наскоро откритата частица, наречена частицата Аматерасу на името на богинята на слънцето в японската митология, бе забелязана от обсерватория за космически лъчи в западната пустиня на Юта, известна като Telescope Array.

Решетката от детектори Telescope Array, която започва работа през 2008 г., се състои от 507 повърхностни детектора с размер на маса за пинг-понг, покриващи 700 квадратни километра.

Тук са наблюдавани повече от 30 ултрависокоенергийни космически лъчи, но не по-големи от частицата Аматерасу, която прониза атмосферата над Юта на 27 май 2021 г., изсипвайки вторични частици към земята, уловени от детекторите. Именно по тези вторични частици, задействали детекторите, учените могат да изчислят енергията на първичния космически лъч.

Събитието задейства 23 от повърхностните детектори с изчислена енергия от около 244 екзаелектронволта. Частицата Oh-My-God, открита преди повече от 30 години, бе 320 екзаелектронволта.

За справка, 1 екзаелектронволт се равнява на 1 милиард гигаелектронволта, а 1 гигаелектронволт е 1 милиард електронволта. Това би направило частицата Аматерасу 244 000 000 000 000 000 000 електронволта. За сравнение, типичната енергия на един електрон в полярното сияние е 40 000 електронволта, съобщава НАСА.

Това са енергии, които са десетки милиони пъти по-големи от най-високите енергии, които могат да бъдат постигнати в ускорителите на частици на Земята. Тази граница от 5 x 10^19 eV е известна също като границата на Greisen–Zatsepin–Kuzmin (GZK). Лимитът е изобретен през 1966 г. от Кенет Грайзен, Вадим Кузмин и Георгий Зацепин. Те са изчислили, че космическите лъчи с енергия по-голяма от 5×10^19 eV ще реагират с фотоните на космическото микровълнов фон – остатъка от горещия Голям взрив, създал Вселената преди 13,8 милиарда години – който, наред с други неща, създава пиони (π+ на изображението по-долу) с маса от 135 MeV.

Нужна е област с много силни магнитни полета, нещо като Големия адронен колайдер с огромни размери, но естествен. И тъй като се изискват наистина изключителни условия, източниците на такива лъчи са много много редки и частиците се разпръскват в необятната вселена, така че шансовете една да удари Земята са малки.

През дланта ни преминава всяка секунда поне по един космиочески лъч, но това са само нискоенергийни лъчи, а тези високоенергийни космически лъчи са по-скоро един на квадратен километър на век, обяснява съавторът на изследването Джон Матюс (John Matthews), професор изследовател в Университета на Юта.

Атмосферата до голяма степен предпазва хората от всякакви вредни ефекти на бомбандиращите ни частици, въпреки че космическите лъчи понякога причиняват компютърни проблеми. Частиците и космическото излъчване представлява по-голям риск за астронавтите, с потенциала да причини структурно увреждане на ДНК.

Двата най-мощни регистрирани космически лъча изглеждат “някак произволни” по думите на Джон Матюс, когато траекториите им се проследят назад, изглежда, че няма нищо достатъчно високоенергийно, за да произведе такива частици. По-конкретно, частицата Аматерасу изглежда произхожда от Местния войд (Local Void), празна област от пространството, граничеща с галактиката Млечен път.

Местният войд представлява огромна, празна област от космоса, разположена в непосредствена близост до Местната група, която включва и Млечния път. Открит е от Брент Тъли и Рик Фишър през 1987 г., сега се знае, че Местният войд е съставена от три отделни сектора, разделени от мостове от “тънки влакна”. Точният размер на войда е неизвестен, но е най-малко 45 Mpc (150 милиона светлинни години) напречно и вероятно 150 до 300 Mpc. Изглежда, че има значително по-малко галактики, отколкото се очаква от стандартната космология.

“Идва от регион, който изглежда като местно празно пространство. Това е празнота. И така, какво, по дяволите, става?”

Разширението на Telescope Array може да даде някои отговори. След като бъдат завършени, 500 нови детектора ще позволят на Telescope Array да улавя индуцирани от космически лъчи потоци от частици на 2900 квадратни километра – площ, почти една трета площта на България според изявлението на Университета на Юта.

Източник: НАУКА OFFNews