Ученые предложили новое объяснение происхождения космической частицы Аматэрасу, зарегистрированной в 2023 году. По мнению исследователей, она может представлять собой ядро сверхтяжелого химического элемента, а не протон или ядро железа, как предполагалось ранее.
Речь идет о космических лучах сверхвысоких энергий — частицах и атомных ядрах, которые движутся через Вселенную почти со скоростью света и иногда достигают Земли. Несмотря на десятилетия наблюдений, их происхождение остается одной из главных загадок современной астрофизики.
Главная проблема связана с реликтовым излучением — остаточным излучением после Большого взрыва. При столкновении с его фотонами космические лучи постепенно теряют энергию. Поэтому ученые считали, что самые мощные частицы могут прилетать только из относительно близких областей космоса.
Однако частица Аматэрасу, обнаруженная установкой Telescope Array, поставила эту теорию под сомнение. Ее энергия составила около 244 эксаэлектронвольт — один из самых высоких показателей за всю историю наблюдений.
Исследователей удивило и направление, откуда прилетела частица. Поблизости не оказалось объектов, которые могли бы разогнать ее до такой энергии. Это заставило ученых искать новые объяснения.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters, предположили, что Аматэрасу может быть ядром очень тяжелого элемента — например, платины. Такие элементы способны образовываться во время экстремальных космических событий, включая столкновения нейтронных звезд.
Для проверки гипотезы физики создали компьютерную модель, учитывающую тысячи разновидностей тяжелых атомных ядер и их взаимодействие с реликтовым излучением. Расчеты показали, что сверхтяжелые ядра способны сохранять высокую энергию дольше, чем протоны и легкие элементы.
Это означает, что подобные частицы могут преодолевать значительно большие расстояния в межгалактическом пространстве, прежде чем потеряют энергию. Следовательно, источник Аматэрасу мог находиться гораздо дальше, чем предполагалось ранее.
Ученые также сравнили результаты моделирования с данными крупнейших обсерваторий, изучающих космические лучи, включая Pierre Auger Observatory и Telescope Array. По их словам, наличие небольшого количества сверхтяжелых ядер помогает лучше объяснить наиболее редкие и мощные события.
Если новая гипотеза подтвердится, представления о природе космических лучей сверхвысоких энергий могут измениться. Это будет означать, что во Вселенной до рекордных скоростей способны разгоняться не только легкие частицы, но и тяжелые атомные ядра.
Исследователи полагают, что ключ к разгадке происхождения Аматэрасу может скрываться в самых мощных космических катастрофах — столкновениях нейтронных звезд и взрывах массивных светил.