Mystisk kosmisk strålning med ultrahög energi förbryllar astronomer – Physics World

En partikel med kosmisk strålning med en energi som är cirka 36 miljoner gånger större än de partiklar som accelererats av CERNs Large Hadron Collider har upptäckts. Vid 244 EeV är detta en av de mest energirika partiklar som någonsin observerats och upptäcktes 2021 av Telescope Array i Utah. Medan den kosmiska strålen med ultrahög energi (UHECR) förmodligen skapades av en våldsam astrofysisk process, kunde forskarna inte spåra den tillbaka till dess ursprung.

Forskarna har döpt till partikeln Amaterasu, som är solens gudinna i japansk mytologi. Det nuvarande energirekordet för en UHECR är 320 EeV, som innehas av "Oh-My-God"-partikeln, som upptäcktes 1991 i Utah av en föregångare till Telescope Array.

UHECR är subatomära partiklar såsom protoner som har energier större än 1 EeV (10¹⁸ eV). Även om de verkar komma utanför Vintergatan, är deras ursprung fortfarande dåligt förstådda på grund av sällsyntheten att observera dem på jorden.

Kosmisk cut-off

När de letar efter ursprunget till UHECR drar astronomer nytta av ett fenomen som kallas Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) cut-off. Detta beror på att UHECR med energier över cirka 60 EeV interagerar med den kosmiska mikrovågsbakgrunden när de färdas genom rymden – och förlorar energi när de går. Detta betyder att partiklar med dessa högre energier inte kan ha färdats längre än cirka 300 miljoner ljusår innan de når jorden.

Trots denna cut-off, den internationellt team som upptäckte Amaterasu är inte klokare på partikelns ursprung, enligt Toshihiro Fujii från Japans Osaka Metropolitan University – som var den första att märka bevis på UHECR i Telescope Array-data.

"Vi hittade detta nya mysterium," sade han och påpekade att partikeln inte korrelerar med något känt astrofysiskt objekt. Skriver i journalen Vetenskap, teamet föreslår flera möjliga ursprung för Amaterasu.

Mörker och ljus

Om man tittar inom GZK-gränsen och antar att partikeln avböjdes av Vintergatans magnetfält, är ett möjligt ursprung galaxen NGC 6946. Denna är cirka 25 miljoner ljusår bort och känd för sin fantastiska stjärnbildning och många supernovor. Astronomer har dock inte observerat gammastrålar eller röntgenstrålar från galaxen. Att observera denna strålning skulle antyda närvaron av ett astrofysiskt objekt som kan accelerera UHECR. Amaterasu kunde också spåras tillbaka till det lokala tomrummet, en närliggande region med en ovanligt låg densitet av galaxer. Men återigen, det finns inget föremål där som kan identifieras som en källa.

Enligt teamet är en annan möjlighet att vår ofullständiga förståelse av partikelfysik bortom standardmodellen kan innebära att Amaterasu reste längre än tillåtet av GZK-gränsen. Om så är fallet kan det vara så att UHECR:s ursprung är så långt borta att vi inte kan upptäcka dess elektromagnetiska emissioner.

Enligt Fujii är den mest exotiska möjliga källan till Amaterasu en "mörk accelerator" - ett hypotetiskt föremål som avger UHECRs men ingen annan strålning.

Trots upptäckten och spekulationerna, Rafael Alves Batista, berättade en astrofysiker vid det autonoma universitetet i Madrid Fysikvärlden att observationen avslöjar "inget nytt" om UHECR.

"Jag är en konservativ i den meningen att jag inte skulle hoppa in i någon förklaring utöver standardmodellen", säger han. "Vi har astrofysiska objekt som verkligen kan generera dessa kosmiska strålar med hög energi. Vi vet bara inte hur detta händer, eller var dessa objekt är, eller vilka objekt som gör det här."

Han påpekar också att astronomer har mycket dålig förståelse för magnetfält utanför Vintergatan, vilket gör det mycket svårt att gå tillbaka.

Fullständig osäkerhet

"I vår galax vet vi inte riktigt [det galaktiska magnetfältet] men vi har åtminstone ett handtag att det är inom specifika gränser. Men för extra galaktiska magnetfält är det helt osäkert, säger Batista.

Både Fujii och Batista är överens om att fler observationer av dessa sällsynta händelser behövs innan vi kan börja förstå ursprunget till UHECR. Det behövs också förbättringar av vår förståelse av extragalaktiska magnetfält.

Några av dessa observationer kommer säkert att göras av Telescope Array. Det är den största detektorn för kosmisk strålning på norra halvklotet och byggs för närvarande ut till att vara en faktor fyra större än dess nuvarande yta.

Idag upptäcks partiklar som Amaterasu ungefär en gång vart 15:e år, men Fujii säger att förbättringar av Telescope Array kan minska detta till en gång vart fjärde år.

Forskningen beskrivs i Vetenskap.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/mysterious-ultrahigh-energy-cosmic-ray-puzzles-astronomers/