謎の超高エネルギー宇宙線が天文学者を困惑させる – Physics World

CERNの大型ハドロン衝突型加速器で加速された粒子の約36万倍のエネルギーを持つ宇宙線粒子が検出された。 244 EeV のこの粒子は、これまでに観測された中で最もエネルギーの高い粒子の 2021 つで、XNUMX 年にユタ州のテレスコープ アレイによって発見されました。 超高エネルギー宇宙線 (UHECR) はおそらく激しい天体物理学的プロセスによって生成されたと考えられていますが、研究者たちはその起源を追跡することができませんでした。

研究者らはこの粒子を、日本の神話に登場する太陽の女神であるアマテラスと名付けた。 UHECR の現在のエネルギー記録は、テレスコープ アレイの前身によって 320 年にユタ州で検出された「オーマイゴッド」粒子によって保持されている 1991 EeV です。

UHECR は、1 EeV (10 EeV) を超えるエネルギーを持つ陽子などの亜原子粒子です。¹⁸ eV）。 それらは天の川の外から来たように見えますが、地球上で観察されることは稀であるため、その起源はまだよくわかっていません。

宇宙のカットオフ

UHECR の起源を探る際、天文学者はグライゼン・ザツェピン・クズミン (GZK) カットオフと呼ばれる現象の恩恵を受けます。 これは、約 60 EeV を超えるエネルギーを持つ UHECR が宇宙を移動する際に宇宙マイクロ波背景波と相互作用し、移動中にエネルギーを失うために発生します。 これは、これらのより高いエネルギーの粒子が地球に到達する前に約 300 億光年を超えて移動することはできないことを意味します。

このような打ち切りにも関わらず、 アマテラスを発見した国際チーム によると、粒子の起源については賢明ではありません 藤井敏弘 日本の大阪首都大学の教授 – テレスコープ アレイ データ内の UHECR の証拠に最初に気づきました。

「我々はこの新たな謎を発見した」と彼は述べ、この粒子は既知の天体物理学的天体とは相関関係がないことを指摘した。 日記に書くこと 科学, 研究チームは、アマテラスの起源としていくつかの可能性を示唆しています。

闇と光

GZK カットオフ内を調べ、粒子が天の川の磁場によって偏向されたと仮定すると、考えられる起源の 6946 つは銀河 NGC 25 です。これは約 XNUMX 万光年離れており、驚異的な星形成と多数の超新星で知られています。 しかし、天文学者は銀河からのガンマ線や X 線を観測していません。 この放射線を観測すると、UHECR を加速できる天体物理学的天体の存在が示唆されるでしょう。 アマテラスは、銀河の密度が異常に低い近くの領域であるローカル ボイドに遡ることもできます。 しかし、繰り返しになりますが、そこには情報源として特定できる物体はありません。

研究チームによると、別の可能性としては、標準模型を超えた素粒子物理学の理解が不完全であるということは、アマテラスがGZKのカットオフで許容される距離を超えて移動した可能性があるということだ。 これが事実である場合、UHECR の起源は非常に遠いため、その電磁放射を検出できない可能性があります。

フジイ氏によれば、アマテラスの考えられる最もエキゾチックな発生源は「ダーク加速器」、つまりUHECRを放出するが他の放射線は放出しない仮想の物体であるという。

発見と憶測にもかかわらず、 ラファエル・アウヴェス・バティスタマドリード自治大学の天体物理学者はこう語った。 物理学の世界 この観察では、UHECR について「何も新しいことは何もない」ことが明らかになったという。

「私は標準モデルを超えた説明には飛びつきたくないという意味で保守派です」と彼は言う。 「私たちは、これらの高エネルギー宇宙線を実際に発生させることができる天体物理学的天体を持っています。 これがどのように起こるのか、これらのオブジェクトがどこにあるのか、どのオブジェクトがこれを実行しているのかはわかりません。」

彼はまた、天文学者は天の川銀河の外側の磁場についてほとんど理解していないため、後戻りが非常に困難であると指摘しています。

完全な不確実性

「私たちの銀河では、[銀河の磁場] についてはよくわかりませんが、少なくとも磁場が特定の範囲内にあることはわかります。 しかし、銀河系外の磁場については、まったく不確実です」とバティスタ氏は語った。

フジイ氏とバティスタ氏は、UHECR の起源を理解し始める前に、これらの稀な現象をさらに観察する必要があることに同意しています。 銀河系外の磁場についての理解を改善することも必要です。

これらの観測の一部はテレスコープアレイによって確実に行われるでしょう。 これは北半球最大の宇宙線検出器であり、現在その面積を現在の XNUMX 倍に拡大するために拡張中です。

現在、アマテラスのような粒子は約 15 年に XNUMX 回検出されていますが、テレスコープ アレイの改良によりこれを XNUMX 年に XNUMX 回に減らすことができるとフジイ氏は述べています。

研究はで説明されています 科学.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/mysterious-ultrahigh-energy-cosmic-ray-puzzles-astronomers/