Tajemniczy ultrawysokoenergetyczny promień kosmiczny stanowi zagadkę dla astronomów – Świat Fizyki

Wykryto cząstkę promieniowania kosmicznego o energii około 36 milionów razy większej niż cząstki przyspieszane przez Wielki Zderzacz Hadronów w CERN. Jest to jedna z najbardziej energetycznych cząstek, jakie kiedykolwiek zaobserwowano, o energii 244 EeV. Została dostrzeżona w 2021 roku przez Telescope Array w Utah. Chociaż promień kosmiczny o ultrawysokiej energii (UHECR) powstał prawdopodobnie w wyniku gwałtownego procesu astrofizycznego, badaczom nie udało się prześledzić jego pochodzenia.

Naukowcy nazwali cząstkę Amaterasu, która w mitologii japońskiej jest boginią Słońca. Obecny rekord energii UHECR wynosi 320 EeV i należy do cząstki „O mój Boże”, która została odkryta w 1991 r. w Utah przez poprzednika Telescope Array.

UHECR to cząstki subatomowe, takie jak protony, o energii większej niż 1 EeV (10¹⁸ eV). Chociaż wydają się pochodzić spoza Drogi Mlecznej, ich pochodzenie jest nadal słabo poznane ze względu na rzadkość obserwacji ich na Ziemi.

Kosmiczne odcięcie

Poszukując pochodzenia UHECR, astronomowie korzystają ze zjawiska zwanego odcięciem Greisena-Zatsepina-Kuzmina (GZK). Dzieje się tak, ponieważ UHECR o energiach powyżej około 60 EeV oddziałują z kosmicznym mikrofalowym tłem podczas podróży w przestrzeni, tracąc w miarę upływu energię. Oznacza to, że cząstki o tych wyższych energiach nie mogą przebyć dalej niż około 300 milionów lat świetlnych, zanim dotrą do Ziemi.

Pomimo tego odcięcia, międzynarodowy zespół, który wykrył Amaterasu nie jest mądrzejszy w kwestii pochodzenia cząstki, zgodnie z Toshihiro Fujii z japońskiego Osaka Metropolitan University – który jako pierwszy zauważył dowody istnienia UHECR w danych Telescope Array.

„Odkryliśmy nową tajemnicę” – powiedział, wskazując, że cząstka nie jest powiązana z żadnym znanym obiektem astrofizycznym. Pisanie w dzienniku nauka, zespół sugeruje kilka możliwych źródeł Amaterasu.

Ciemność i światło

Patrząc w granicę odcięcia GZK i zakładając, że cząstka została odbita przez pole magnetyczne Drogi Mlecznej, jednym z możliwych źródeł jest galaktyka NGC 6946. Znajduje się ona około 25 milionów lat świetlnych od nas i jest znana z niezwykłego powstawania gwiazd i licznych supernowych. Jednak astronomowie nie zaobserwowali promieni gamma ani rentgenowskich pochodzących z galaktyki. Obserwacja tego promieniowania sugerowałaby obecność obiektu astrofizycznego zdolnego do przyspieszania UHECR. Amaterasu można także prześledzić wstecz do Lokalnej Pustki, pobliskiego obszaru o niezwykle małej gęstości galaktyk. Ale znowu nie ma tam żadnego obiektu, który można zidentyfikować jako źródło.

Według zespołu inna możliwość jest taka, że ​​nasze niepełne zrozumienie fizyki cząstek wykraczające poza Model Standardowy może oznaczać, że Amaterasu przeleciał dalej, niż pozwala na to granica GZK. W takim przypadku może być tak, że pochodzenie UHECR jest tak daleko, że nie możemy wykryć jego emisji elektromagnetycznych.

Według Fujii najbardziej egzotycznym możliwym źródłem Amaterasu jest „ciemny akcelerator” – hipotetyczny obiekt, który emituje UHECR, ale nie inne promieniowanie.

Pomimo odkryć i spekulacji, Rafaela Alvesa Batisty– powiedział astrofizyk z Uniwersytetu Autonomicznego w Madrycie Świat Fizyki że obserwacja nie ujawnia „nic nowego” na temat UHECR.

„Jestem konserwatystą w tym sensie, że nie zdecydowałbym się na żadne wyjaśnienie wykraczające poza Model Standardowy” – mówi. „Mamy obiekty astrofizyczne, które rzeczywiście mogą generować promienie kosmiczne o wysokiej energii. Po prostu nie wiemy, jak to się dzieje, gdzie znajdują się te obiekty ani które obiekty to robią.”

Zwraca również uwagę, że astronomowie bardzo słabo rozumieją pola magnetyczne poza Drogą Mleczną, co bardzo utrudnia cofanie się.

Kompletna niepewność

„W naszej galaktyce tak naprawdę nie znamy [galaktycznego pola magnetycznego], ale przynajmniej mamy pewność, że mieści się ono w określonych granicach. Jednak w przypadku pozagalaktycznych pól magnetycznych jest to całkowicie niepewne” – powiedział Batista.

Zarówno Fujii, jak i Batista zgadzają się, że potrzeba więcej obserwacji tych rzadkich zdarzeń, zanim zaczniemy rozumieć pochodzenie UHECR. Konieczne jest także udoskonalenie naszej wiedzy o pozagalaktycznych polach magnetycznych.

Niektóre z tych obserwacji z pewnością zostaną wykonane przez Telescope Array. Jest to największy detektor promieniowania kosmicznego na półkuli północnej i jest obecnie rozbudowywany tak, aby był czterokrotnie większy niż jego obecny obszar.

Obecnie cząstki takie jak Amaterasu są wykrywane mniej więcej raz na 15 lat, ale Fujii twierdzi, że ulepszenia układu teleskopów mogą zmniejszyć tę liczbę do raz na cztery lata.

Badania opisano w nauka.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/mysterious-ultrahigh-energy-cosmic-ray-puzzles-astronomers/