Некоторые частицы ведут себя странно. Частица Аматерасу, ударившая в 2021 году по Земле в штате Юта, обладала такой энергией, что могла соперничать с бейсбольным мячом, пущенным профессиональной скоростью. И пришла она ниоткуда.
Ну, почти ниоткуда. Из гигантской космической пустоты. Из пустого участка небосвода, где ничего интересного происходить не должно. А вот и это чудовище. Названное в честь богини солнца. Потому что почему бы и нет?
Мы охотимся за этими привидениями уже шестьдесят лет.
Железа недостаточно
Согласно стандартной теории, космические лучи сверхвысоких энергий представляют собой протоны или легкую материю. Протоны прочны, но быстро теряют энергию. На огромных расстояниях в межгалактическом пространстве они тормозят, как спринтер, бежавший в лобовую погоду. Если вы регистрируете такой протон на Земле, скорее всего, он не прилетел издалека. Или же он был разогнан до скоростей, которые мы считаем невозможными.
Событие Аматерасу ломает эту модель. Его энергия сопоставима с знаменитой частицей «О-Мой-Бог», зафиксированной в 1991 году. Двести сорок эксаэлектронвольт. Это число, которое мозгу трудно осознать. Оно примерно в десять миллионов раз превышает мощности Большого адронного коллайдера.
Итак, что это?
Исследователи из Пенсильванского государственного университета полагают, что это, возможно, вообще не протон. Возможно, это что-то тяжелое. Гораздо тяжелее железа.
«Космические лучи сверхвысоких энергий теряют свою энергию медленнее, если они являются сверхтяжелыми ядрами», — говорит Кохта Муразэ, ведущий эту исследовательскую группу.
Звучит нелогично. Тяжелые объекты труднее разогнать. Но в космических пустотах они ведут себя иначе. Они дольше сохраняют энергию. Они выживают в путешествии. Тяжелая пуля сохраняет скорость лучше, чем перо.
Разрыв в симуляциях
Чтобы проверить эту гипотезу, ученые запустили симуляции. Компьютеры просчитывали время межгалактических путешествий и распад энергии. Математика указывает на ядра с массами, находящимися далеко вверху периодической таблицы. Вещества, которые мы редко находим свободно летающими в космосе.
Если это правда, поиски их источников меняются кардинально. Мы будем искать места, способные метать тяжелую материю, а не только легкие ионы.
Где взять такое?
Слияния нейтронных звезд. Двойные звезды, умирающие вместе в яркой вспышке. Или массивные звезды, коллапсирующие в черные дыры с экстремальными магнитными полями. Эти процессы насильственные. Взрывные. Идеальные ускорители.
Но погодите. Направление, пришедшее от Аматерасу, указывает на пустоту. Ни звезд. Ни слияний. Просто… темное пространство.
Вот подвох. Либо источник скрыт за чем-то другим. Либо магнитные поля в пространстве изогнули траекторию частицы настолько, что стрелка на карте указывает совсем не туда.
Взгляд в будущее
Это не решает всех проблем. Это не аккуратная коробочка с бантиком. Это всего лишь указание: проверьте тяжелые элементы. Будущие телескопы, такие как AugerPrime в Аргентине, будут охотиться за этой композицией. Они будут искать различия в спектрах северного и южного небосвода.
Если небо заполнено тяжелыми ядрами, наше понимание физики высоких энергий потребует полного переписывания. Мы думали, что знаем пределы возможностей созданных человеком ускорителей. Природа смеется. Она упаковывает кинетическую энергию теннисного мяча в крошечную частицу, меньшую вашего ресницы, и стреляет ею в нас с расстояния в миллиарды световых лет.
Кто бы знал, что пустота может быть такой громкой?
Частицы продолжают прилетать. Детекторы ждут. Мы продолжаем гадать.
