Физики-теоретики объяснили самые мощные космические лучи

Группа физиков-теоретиков выдвинула гипотезу, что ультравысокоэнергетические космические лучи (УВЭКЛ) могут быть порождены ядрами атомов тяжелее железа. Результаты исследования опубликовал журнал Physical Review Letters.

К УВЭКЛ относят заряженные частицы с энергией, недостижимой в ускорителях. Это довольно редкие «гости» на нашей планете. Среди самых известных примеров — частица Аматэрасу, зарегистрированная обсерваторией Telescope Array в штате Юта в 2021 году, и частица Oh-My-God (1991).

Исследователи предположили, что ядра с большей массой медленнее теряют энергию при движении в космосе. Если их гипотеза верна, а расчеты это подтверждают, то количество космических объектов, способных ускорять такие частицы, сократится.

«УВЭКЛ могут разгоняться лишь самыми мощными источниками во Вселенной. Обнаруживая отдельные частицы космических лучей, такие как Аматэрасу, на Земле, мы можем использовать их энергию, направление прилета и ожидаемое отклонение в магнитных полях, чтобы сделать вывод о возможном источнике», — объясняет профессор Кота Мурасе из Университета штата Пенсильвания.

Руководитель исследования отметил, что частица Аматэрасу прилетела из Местного войда — в буквальном смысле пустоты, в которой нет очевидных источников космических лучей сверхвысоких энергий. Происхождение и механизмы ускорения этих частиц уже более 60 лет остаются одной из главных загадок.

С энергией выше 100 эксаэлектронвольт (ЭэВ — квинтиллион электронвольт) эти частицы примерно на 7 порядков энергичнее протонов, разогнанных в Большом адронном коллайдере. Энергия Аматэрасу, по оценкам, превышала 244 ЭэВ — что делает ее одним из самых мощных космических лучей из когда-либо зарегистрированных.

По словам физика, эти частицы, обладающие чрезвычайно высокой энергией, возникают в экстремальных астрофизических источниках, таких как столкновения двух нейтронных звезд или коллапс массивной звезды. Если рассматривать множество событий космических лучей в совокупности, то их энергетическое распределение, картина направлений прилета и восстановленный статистически состав дают важные подсказки о том, откуда приходят эти частицы и как они ускоряются.

Ученые провели детальные компьютерные симуляции изменения энергии частиц в полете через межгалактическое пространство. Благодаря исследованию удалось показать, что сверхтяжелые ядра при энергиях, сравнимых с энергией Аматэрасу, теряют энергию медленнее, чем протоны или ядра средней массы, что позволяет им достигать Земли с более высокой энергией. Хотя не все ультравысокоэнергетические космические лучи являются сверхтяжелыми ядрами, их наличие упрощает поиск источников.

Подписывайтесь на РИАМО в мессенджере МАКС.