Salapärane ülikõrge energiaga kosmiline kiir mõistatab astronoomid – füüsikamaailm

Avastatud on kosmilise kiirga osake, mille energia on umbes 36 miljonit korda suurem kui CERNi suure hadronipõrgutaja poolt kiirendatud osakeste energia. 244 EeV juures on see üks kõige energilisemaid osakesi, mida eales on täheldatud ja mida märkas 2021. aastal Utahi osariigis asuv teleskoopide massiiv. Kuigi ülikõrge energiaga kosmiline kiir (UHECR) loodi tõenäoliselt vägivaldse astrofüüsikalise protsessi tulemusena, ei suutnud teadlased selle päritolu jälitada.

Teadlased on pannud osakese nimeks Amaterasu, mis on Jaapani mütoloogias päikesejumalanna. Praegune UHECR-i energiarekord on 320 EeV, mis kuulub "Oh-My-God" osakesele, mille tuvastas 1991. aastal Utahis teleskoobimassiivi eelkäija.

UHECR-id on subatomilised osakesed, näiteks prootonid, mille energia on suurem kui 1 EeV (10¹⁸ eV). Kuigi nad näivad olevat pärit väljastpoolt Linnuteed, on nende päritolu endiselt halvasti mõistetav, kuna neid Maal on harva täheldatud.

Kosmiline läbilõige

UHECRide päritolu otsimisel saavad astronoomid kasu nähtusest, mida nimetatakse Greisen-Zatsepin-Kuzmini (GZK) piiriks. Selle põhjuseks on asjaolu, et üle 60 EeV energiaga UHECR-id suhtlevad läbi kosmose liikudes kosmilise mikrolaine taustaga – kaotades energiat. See tähendab, et nende kõrgema energiaga osakesed ei saanud enne Maale jõudmist liikuda kaugemale kui umbes 300 miljonit valgusaastat.

Vaatamata sellele katkestusele, rahvusvaheline meeskond, kes avastas Amaterasu ei ole osakese päritolu osas targemad Toshihiro Fujii Jaapani Osaka Metropolitani ülikoolist – kes märkas teleskoobi massiivi andmetes esimesena tõendeid UHECRi kohta.

"Me leidsime selle uue mõistatuse," ütles ta, viidates sellele, et osake ei korreleeru ühegi teadaoleva astrofüüsikalise objektiga. Ajakirjas kirjutamine teadus, meeskond pakub välja mitu Amaterasu võimalikku päritolu.

Pimedus ja valgus

Vaadates GZK piiri piiresse ja eeldades, et Linnutee magnetväli kaldus osakese kõrvale, on üheks võimalikuks päritoluks galaktika NGC 6946. See asub umbes 25 miljoni valgusaasta kaugusel ja on tuntud oma imelise tähtede ja arvukate supernoovade poolest. Kuid astronoomid ei ole galaktikast gamma- ega röntgenikiirgust vaadelnud. Selle kiirguse jälgimine viitab astrofüüsikalise objekti olemasolule, mis on võimeline kiirendama UHECR-e. Amaterasu võib leida ka kohalikust tühimusest, mis on lähedal asuv piirkond, kus galaktikate tihedus on ebatavaliselt väike. Kuid jällegi pole seal ühtegi objekti, mida saaks allikana tuvastada.

Meeskonna sõnul on veel üks võimalus, et meie ebatäielik arusaam osakeste füüsikast väljaspool standardmudelit võib tähendada, et Amaterasu reisis kaugemale, kui GZK piirväärtus lubas. Kui see nii on, siis võib juhtuda, et UHECRi päritolu on nii kaugel, et me ei suuda tuvastada selle elektromagnetilisi emissioone.

Fujii sõnul on Amaterasu kõige eksootilisem võimalik allikas "tume kiirendi" - hüpoteetiline objekt, mis kiirgab UHECR-e, kuid mitte muud kiirgust.

Vaatamata avastustele ja spekulatsioonidele, Rafael Alves Batista, rääkis Madridi autonoomse ülikooli astrofüüsik Füüsika maailm et vaatlus ei paljasta UHECRide kohta "midagi uut".

"Olen selles mõttes konservatiiv, et ma ei hüppaks standardmudelist kaugemale seletustesse," ütleb ta. "Meil on astrofüüsikalisi objekte, mis võivad tõepoolest genereerida neid suure energiaga kosmilisi kiiri. Me lihtsalt ei tea, kuidas see juhtub, kus need objektid on või millised objektid seda teevad.

Ta juhib tähelepanu ka sellele, et astronoomidel on väljaspool Linnuteed asuvatest magnetväljadest väga halb arusaam, mis muudab tagasisõidu väga keeruliseks.

Täielik ebakindlus

"Meie galaktikas me [galaktika magnetvälja] tegelikult ei tunne, kuid vähemalt on meil käepide, et see on kindlates piirides. Kuid ekstra galaktiliste magnetväljade puhul on see täiesti ebakindel, ”ütles Batista.

Nii Fujii kui ka Batista nõustuvad, et enne UHECRide päritolu mõistmist on vaja neid haruldasi sündmusi rohkem tähele panna. Samuti on vaja täiustada meie arusaamist galaktilistest magnetväljadest.

Mõned neist tähelepanekutest teeb kindlasti teleskoobi massiiv. See on suurim kosmilise kiirguse detektor põhjapoolkeral ja praegu laiendatakse seda praegusest pindalast neli korda suuremaks.

Tänapäeval avastatakse selliseid osakesi nagu Amaterasu umbes kord 15 aasta jooksul, kuid Fujii sõnul võib teleskoobimassiivi täiustamine vähendada seda kord nelja aasta jooksul.

Uuringut kirjeldatakse artiklis teadus.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/mysterious-ultrahigh-energy-cosmic-ray-puzzles-astronomers/