Астрофизики предложили новое объяснение происхождения космических частиц сверхвысоких энергий, природа которых оставалась загадкой более 60 лет. Согласно исследованию, опубликованному в Physical Review Letters, такие частицы могут представлять собой ядра элементов тяжелее железа. Расчеты показали, что они теряют энергию при движении в межгалактическом пространстве медленнее, чем протоны или более легкие ядра, и поэтому могут достигать Земли, сохранив экстремальную мощность.
Одним из самых известных примеров таких частиц стала «Аматэрасу», зафиксированная обсерваторией Telescope Array в штате Юта в 2021 году. Ее энергия оценивается в 240 эксаэлектронвольт (ЭэВ) – это примерно в 10 млн раз больше, чем могут достичь частицы в Большом адронном коллайдере. Кинетическая энергия «Аматэрасу» сопоставима с энергией быстро летящего теннисного мяча. Основная сложность для ученых заключалась в том, что траектория частицы указывала на космическую пустоту – область, где нет очевидных источников, способных ее породить.
Команда ученых под руководством специалистов из Университета штата Пенсильвания смоделировала, как частицы разного состава перемещаются в космосе. Модели подтвердили, что сверхтяжелые ядра способны преодолевать огромные расстояния и прибывать к Земле с энергией, сопоставимой с той, что была у «Аматэрасу». Это открытие меняет подход к поиску источников таких лучей.
Наиболее вероятными «ускорителями» для сверхтяжелых ядер авторы статьи считают катастрофические космические события. К ним относят слияния нейтронных звезд, которые генерируют гравитационные волны, или гибель массивных звезд с последующим коллапсом в черную дыру или сильно намагниченную нейтронную звезду. Такие процессы также вызывают гамма-всплески – одни из самых мощных взрывов во Вселенной.
Проверить эту гипотезу смогут обсерватории следующего поколения, в частности проектируемые аргентинская AugerPrime и Global Cosmic Ray Observatory. Ожидается, что они смогут обнаружить признаки присутствия тяжелых ядер в составе космических лучей самых высоких энергий.
