Niektóre cząstki zachowują się dziwnie. Cząstka Amaterasu, która uderzyła w Ziemię w Utah w 2021 roku, miała taką energię, że mogłaby konkurować z baseballem rzuconym z profesjonalną prędkością. A ona pojawiła się znikąd.
No cóż, prawie znikąd. Z gigantycznej pustki kosmicznej. Z pustej części nieba, gdzie nie powinno się wydarzyć nic ciekawego. A oto ten potwór. Nazwany na cześć bogini słońca. Dlaczego nie?
Polujemy na te duchy od sześćdziesięciu lat.
Za mało żelaza
Według standardowej teorii promienie kosmiczne o ultrawysokiej energii to protony lub materia lekka. Protony są mocne, ale szybko tracą energię. Na ogromnych dystansach w przestrzeni międzygalaktycznej zwalniają jak sprinter biegnący w czołową pogodę. Jeśli wykryjesz taki proton na Ziemi, najprawdopodobniej nie pochodzi on z daleka. Albo został przyspieszony do prędkości, które uważamy za niemożliwe.
Wydarzenie Amaterasu przełamuje ten schemat. Jej energia jest porównywalna ze słynną cząstką „O mój Boże” zarejestrowaną w 1991 roku. Dwieście czterdzieści eksaelektronowoltów. Jest to liczba trudna do zrozumienia dla mózgu. Jest około dziesięć milionów razy większa niż pojemność Wielkiego Zderzacza Hadronów.
Więc co to jest?
Naukowcy z Pennsylvania State University uważają, że może to wcale nie być proton. Być może jest to coś ciężkiego. Znacznie cięższy od żelaza.
„Ultrawysokoenergetyczne promienie kosmiczne tracą energię wolniej, jeśli są superciężkimi jądrami” – mówi Kohta Muraze, kierujący zespołem badawczym.
Brzmi to sprzecznie z intuicją. Ciężkie obiekty są trudniejsze do przyspieszenia. Ale w pustkach kosmicznych zachowują się inaczej. Dłużej zachowują energię. Przeżyją podróż. Ciężki pocisk utrzymuje prędkość lepiej niż piórko.
Luka w symulacjach
Aby przetestować tę hipotezę, naukowcy przeprowadzili symulacje. Komputery obliczyły czas podróży międzygalaktycznych i rozpadu energii. Matematyka wskazuje na jądra o masach położonych daleko na górze układu okresowego. Substancje, które rzadko można znaleźć swobodnie unoszące się w przestrzeni.
Jeśli to prawda, poszukiwania ich źródeł zmieniają się diametralnie. Będziemy szukać miejsc zdolnych do wyrzucania ciężkiej materii, a nie tylko lekkich jonów.
Gdzie mogę to dostać?
Połączenia gwiazd neutronowych. Gwiazdy podwójne umierają razem w błyskotliwym błysku. Albo masywne gwiazdy zapadające się w czarne dziury pod wpływem ekstremalnych pól magnetycznych. Procesy te są gwałtowne. Materiał wybuchowy. Idealne akceleratory.
Ale poczekaj. Kierunek pochodzący od Amaterasu wskazuje na pustkę. Żadnych gwiazdek. Żadnych fuzji. Po prostu… ciemna przestrzeń.
Oto haczyk. Lub źródło jest ukryte za czymś innym. Albo pola magnetyczne w przestrzeni wygięły trajektorię cząstki tak bardzo, że strzałka na mapie wskazuje niewłaściwy kierunek.
Patrzę w przyszłość
To nie rozwiązuje wszystkich problemów. To nie jest zgrabne pudełko z kokardą. To tylko wskazówka: sprawdź ciężkie elementy. Przyszłe teleskopy, takie jak AugerPrime w Argentynie, będą polować na tę kompozycję. Będą szukać różnic w widmach nieba północnego i południowego.
Jeśli niebo jest wypełnione ciężkimi jądrami, nasze zrozumienie fizyki wysokich energii będzie wymagało całkowitego przepisania. Myśleliśmy, że znamy ograniczenia sztucznych akceleratorów. Natura się śmieje. Pakuje energię kinetyczną piłki tenisowej w maleńką cząsteczkę, mniejszą niż rzęsa, i strzela do nas z odległości miliardów lat świetlnych.
Kto by pomyślał, że pustka może być tak głośna?
Cząstki wciąż przybywają. Detektory czekają. Ciągle zgadujemy.
