Faceți cunoștință cu „Amaterasu”: Astronomii detectează cea mai mare rază cosmică de energie din 1991

Astronomii implicați în Telescope Array Experimentele din deșertul de vest din Utah au detectat o rază cosmică de ultra-înaltă energie (UHECR) cu un nivel de energie uimitor de 244 EeV, conform unui hârtie nouă publicat în revista Science. Este cea mai energetică rază cosmică detectată din 1991, când astronomii au detectat așa-numita rază. Particulă „O-Doamne”., cu energii de 320 EeV și mai impresionant. Astronomii au numit acest ultim eveniment particula „Amaterasu”, după zeița soarelui șintoistă se spune că a creat Japonia. S-ar putea chiar numi-o particula „Oh-My-Goddess”.

Razele cosmice sunt particule subatomice de mare energie care călătoresc prin spațiu aproape de viteza luminii. Tehnic, a raza cosmică este doar un nucleu atomic format dintr-un proton sau un grup de protoni și neutroni. Majoritatea provin din Soare, dar altele provin din obiecte din afara sistemului nostru solar. Când aceste raze lovesc atmosfera Pământului, se despart în ploaie de alte particule (încărcate atât pozitiv, cât și negativ).

Erau descoperit pentru prima dată în 1912 de către un fizician austriac Victor Hess printr-o serie de ascensiuni într-un balon cu hidrogen pentru a măsura radiațiile din atmosferă cu un electroscop. El a descoperit că rata de ionizare a fost de trei ori mai mare decât rata la nivelul mării, infirmând astfel o teorie concurentă conform căreia această radiație provine de la rocile Pământului. Dacă ai făcut vreodată văzut o cameră cu nori într-un muzeu de știință, urmele de raze cosmice arată ca niște linii albe și mici, asemănătoare cu micile șiruri de jet.

Razele cosmice vin într-o gamă largă de energii, cea mai puțin energetică fiind cea mai comună. Acestea au fost razele cosmice pe care Hess le-a detectat și sunt cele mai probabil să apară într-o cameră de nori a muzeului. Există o limită teoretică, propusă în 1965, pentru cât de energică ar trebui să fie o rază cosmică: nu mai mult de 50 EeV provenind de la mai mult de 300 de milioane de ani lumină de la Pământ. Acest lucru se datorează radiației cosmice de fond cu microunde, strălucirea ulterioară a Big Bang-ului care pătrunde în univers, descoperită în 1964. Orice raze cosmice care călătoresc mai departe de aceasta ar fi distruse prin interacțiunile cu CMB înainte de a ajunge la detectorii Pământului. Este cunoscut sub numele de limită GZK după oamenii de știință care l-au propus (Kenneth Greisin, Georgiy Zatsepin și Vadim Kuzmin).

Descoperirea din 1991 a particulei „Oh-My-God” a contestat această teorie predominantă, lovind atmosfera Pământului cu o viteză foarte apropiată de viteza luminii și aparent călătorind din direcția constelației Perseus din emisfera nordică. Ea transporta echivalentul energetic al unei mingi de bowling aruncată de la înălțimea umărului, strâns într-o particulă subatomică. Astronomii nu au mai văzut egalitatea de atunci, deși au detectat zeci de evenimente care se califică drept UHECR în deceniile următoare.

Dar care ar putea fi sursa unor astfel de UHECR, capabile să accelereze particulele subatomice la viteze atât de impresionante? Nici măcar o supernova nu ar putea face asta. O posibilă sursă este o undă de șoc în expansiune dintr-o explozie la scară cosmică – să zicem, o gaură neagră care desfășoară o stea și produce un jet masiv de plasmă – în care particulele traversează câmpurile magnetice iar și iar și captează energie în timp ce călătoresc prin spațiu. . Un alt candidat sunt nucleele galactice active (AGN) care se găsesc de obicei în centrul galaxiilor și se presupune că conțin o gaură neagră supermasivă. AGN-urile produc jeturi puternice de plasmă supraîncălzită, însoțite de unde de șoc.

Alte sugestii includ exploziile de raze gamma (care provin dintr-o sursă necunoscută) sau regiuni intense de formare a stelelor cunoscute sub numele de galaxii explozive. Nu ajută cu nimic faptul că traiectoriile UHECR-urilor sunt îndoite de câmpurile magnetice în drum spre detectorii noștri de pe Pământ, ceea ce face dificilă reconstruirea traseului pe care l-au parcurs și, prin urmare, identificarea unui punct de origine pe cer. Astronomii au crezut că au identificat câteva puncte fierbinți interesante în 2017, unul în Centaurus A și celălalt într-o galaxie numită M82 din constelația Ursa Major. Dar încrederea în fostul hotspot a slăbit din 2019, deoarece numărul de UHCER detectate de acolo pare să scadă.

Telescope Array constă din peste 500 de detectoare de suprafață aranjate într-o rețea pătrată care acoperă aproximativ 270 de mile pătrate (700 de kilometri pătrați) chiar în afara orașului Delta, Utah. A preluat peste 30 de UHECR de când a început să funcționeze. Chiar și așa, coautorul Toshihiro Fujii de la Universitatea Metropolitană Osaka din Japonia „crezut că trebuie să fi fost o greșeală” când experimentul a preluat particula „Amaterasu” pe 27 mai 2021. Afirmațiile extraordinare necesită dovezi extraordinare, așa cum spune mantra, astfel încât detectarea și analiza traiectoriei nu au fost anunțate până la o conferință din toamna anului trecut, lucrarea abia acum abia acum. venind în Știință.

La fel ca predecesorul său din 1991, astronomii sunt nedumeriți de unde provine particulele. Urmărirea traiectoriei i-a condus către o zonă goală a spațiului cunoscută sub numele de „Vidul Local” care se învecinează cu galaxia noastră Calea Lactee. „Particulele au o energie atât de mare, încât nu ar trebui să fie afectate de câmpurile magnetice galactice și extragalactice. Ar trebui să poți să arăți de unde vin ei pe cer.” a spus coautorul John Matthews, co-purtătorul de cuvânt al Telescope Array la Universitatea din Utah. „Dar în cazul particulei Oh-My-God și a acestei noi particule, îi urmărești traiectoria până la sursa și nu există nimic suficient de mare pentru a fi produs. Acesta este misterul asta – ce naiba se întâmplă?

S-ar putea să aflăm mai multe odată ce astronomii termină extinderea Telescope Array, adăugând 500 de noi detectoare cu scintilatoare care ar extinde aria de detectare la 1.100 de mile pătrate (2.900 de kilometri pătrați). Acest lucru ar trebui să crească cât de des detectează astfel de UHECR.

„Aceste evenimente par să vină din locuri complet diferite de pe cer. Nu este ca și cum ar fi o singură sursă misterioasă,” a spus coautorul John Belz, tot cu Universitatea din Utah. „Ar putea fi defecte în structura spațiu-timpului, ciocnirea corzilor cosmice. Adică, doar scuipă idei nebunești cu care oamenii vin pentru că nu există o explicație convențională. Poate că câmpurile magnetice sunt mai puternice decât am crezut, dar acest lucru nu este de acord cu alte observații care arată că nu sunt suficient de puternice pentru a produce o curbură semnificativă la aceste energii de la zece până la al douăzecilea electron volți. Este un adevărat mister.”

DOI: Science, 2023. 10.1126/science.abo5095 (Despre DOI).

Imagine de listare de la Osaka Metropolitan University/L-INSIGHT, Kyoto University/Ryuunosuke Takeshige