Международная группа учёных из Пенсильванского университета предложила механизм, который может раскрыть происхождение частицы Аматэрасу — одного из самых загадочных и энергичных объектов, когда-либо зарегистрированных в космических лучах. По их расчётам, такие частицы возникают в результате ускорения тяжёлых атомных ядер в экстремальных астрофизических условиях.

Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).

Загадка рекордной энергии

Частица Аматэрасу была зафиксирована в 2021 году детекторным массивом Telescope Array над юго-западом США. Её энергия достигла 244 эксаэлектронвольт — это фантастическая величина. Для сравнения: такая энергия эквивалентна кинетической энергии теннисного мяча, летящего со скоростью 150 км/ч, но сконцентрированной в одной субатомной частице.

Направление, откуда пришла частица, не указывало ни на один известный астрофизический источник, что ставило физиков в тупик.

Новый механизм ускорения

Физик Кохта Мурасэ и его коллеги разработали модель, согласно которой источником подобных частиц могут быть ультратяжёлые ядра — атомы тяжелее железа (например, свинец или уран). Эти ядра ускоряются в мощных объектах, таких как активные галактические ядра или скопления галактик.

При взаимодействии с фотонами окружающего излучения происходят фотоядерные реакции: тяжёлые ядра частично разрушаются, высвобождая отдельные нуклоны (протоны и нейтроны) с колоссальной кинетической энергией.

Модель хорошо согласуется с наблюдательными данными. Она также объясняет, почему точный источник частицы Аматэрасу не удалось установить: рассеяние в межгалактических магнитных полях размывает направление прихода.

Значение открытия

Предложенный механизм помогает понять, как во Вселенной могут рождаться частицы с рекордной энергией, и даёт новый взгляд на процессы, происходящие в самых экстремальных астрофизических объектах.

Авторы отмечают, что гипотезу можно проверить с помощью будущих наблюдений скоплений галактик в гамма-диапазоне и нейтринных телескопов следующего поколения.

Вкратце

Учёные Пенсильванского университета предложили механизм, объясняющий происхождение частицы Аматэрасу — одной из самых энергичных, когда-либо зарегистрированных. По их модели, такие частицы возникают при ускорении тяжёлых ядер (тяжелее железа) в активных галактических ядрах и скоплениях галактик. Фотоядерные реакции разрушают ядра, высвобождая сверхэнергичные нуклоны. Это первое убедительное объяснение природы рекордных космических лучей. Работа опубликована в Physical Review Letters.