З космосу прилетіла частинка з неймовірною енергією, але звідки вона, вчені не знають досі

Десятки мільйонів років частинка летіла крізь космос, а потім врізалася в атмосферу Землі з величезною енергією. Її неможливо побачити, але після удару вниз сиплеться цілий дощ дрібних частинок, і його ловлять спеціальні детектори.

Таку подію зафіксували астрофізики в американському штаті Юта. Частинку назвали Аматерасу, на честь японської богині Сонця. Її енергія виявилася настільки високою, що Аматерасу опинилася серед найпотужніших космічних частинок за всю історію спостережень.

Однак найдивовижніше з'ясувалося пізніше. Коли дослідники спробували визначити, звідки прилетіла частинка, стало зрозуміло, що вона прийшла з того боку неба, де не видно нічого, що могло б розігнати її до такої сили.

Одна частинка, а удар як у цеглини

Енергію Аматерасу оцінили приблизно в 39 джоулів. Вчені з Юти порівнюють це з цеглиною, яка падає на ногу з висоти пояса. У момент удару в неї приблизно стільки ж енергії. Тільки тут уся вона зібрана в одній частинці, яку не розгледіти в жоден мікроскоп.

Для порівняння, протони у Великому адронному колайдері, найпотужнішому прискорювачі на Землі, розганяють до енергії, у десятки мільйонів разів меншої. Самі фізики кажуть, що зіткнення двох таких протонів за енергією схоже на голку, що впала з висоти кількох сантиметрів.

Якщо енергії так багато, може, Аматерасу летіла швидше за світло? Ні. Протони в колайдері теж мчать майже зі швидкістю світла (99,9999991% від неї), а Аматерасу підійшла до цієї межі ще ближче. Швидкості в них майже однакові, а енергія непорівнянна.

Ще потужнішу частинку, яку прозвали «О, мій Боже!», спіймали теж у Юті, 1991 року. Її енергія була приблизно на третину більшою, а швидкість така близька до світлової, що промінь світла, який летів би поруч, випередив би її на один сантиметр лише за 245 тисяч років.

Аматерасу прилетіла 27 травня 2021 року, але помітили її не одразу, а лише коли взялися розбирати всі дані детекторів, зібрані за 13 років. Керівник дослідження, японський фізик Тосіхіро Фудзії, зізнався, що спочатку вирішив, ніби це помилка, адже такої енергії не бачили 30 років.

Спіймала її обсерваторія Telescope Array у пустелі на заході Юти. Частинки такої сили прилітають рідше, ніж раз на сто років на квадратний кілометр, тому 507 датчиків розставили на 700 квадратних кілометрах, це трохи менше за Київ.

Сама частинка до землі не долітає. Високо в повітрі вона розбиває ядро атома, осколки б'ють далі, і вниз сиплються мільярди дрібних частинок. Після удару Аматерасу цей дощ накрив 48 квадратних кілометрів, спрацювали 23 датчики. За тим, у який момент сигнал надійшов на кожен датчик, учені дізнаються напрямок, а за кількістю частинок — енергію.

Чому вчені очікували знайти потужне джерело

Космічними променями називають заряджені частинки, які летять крізь простір із величезними швидкостями. Найчастіше це протони або ядра атомів.

Зазвичай такі частинки пов'язують із найбурхливішими місцями у Всесвіті. Можливими джерелами вважають околиці величезних чорних дір у центрах галактик. Навіть вибухи зірок для такої енергії занадто слабкі.

Але найпотужніші частинки далеко не долітають. Космос заповнений слабким випромінюванням, що залишилося від народження Всесвіту, і на довгому шляху такі частинки об нього «спотикаються» й втрачають силу.

Тому дослідники припускають, що найпотужніші частинки мають приходити з відносно близьких за космічними мірками місць. Для частинки з енергією Аматерасу це в середньому не далі ніж за сто мільйонів світлових років.

Космічний промінь прийшов звідти, де майже нічого немає

Напрямок, звідки прийшла Аматерасу, вказував у бік Локальної порожнечі, величезної області поруч із нашою Галактикою, де галактик зовсім мало. З того боку автори відкриття не знайшли жодної галактики, здатної розігнати частинку до такої енергії.

Правда, дорогою її могли відхилити магнітні поля нашої Галактики, адже частинка заряджена. Тоді напрямок, звідки вона прийшла до Землі, не збігається з місцем, де вона народилася. Це перша версія вчених. За другою, простішою, джерело поруч є, але астрономи його поки що не виявили.

У 2026 році інші астрофізики заново розрахували її шлях з урахуванням магнітних полів і знайшли кілька сусідніх галактик, звідки вона могла б прилетіти, але обрати одну поки що не можна. А частинка 1991 року прийшла зовсім з іншого боку неба, тож ці дві рекордні частинки, схоже, не мають спільного джерела.

Чи може відкриття змінити уявлення про Всесвіт?

У самих авторів дослідження є й третя, сміливіша версія. Можливо, існують частинки, яких фізика поки що не знає. Якщо вони не втрачають силу в дорозі, то могли б прилетіти й із далеких галактик. Яка з трьох версій правильна, досі невідомо.

Однак говорити про відкриття нових законів природи ще зарано, адже перші дві версії обходяться без нової фізики.

Щоб розібратися в походженні Аматерасу, ученим потрібно спіймати більше подібних частинок і порівняти, звідки вони прилітають. Для цього обсерваторію розширюють до 2900 квадратних кілометрів, і такі частинки траплятимуться частіше.