Naukowcy dokonali przełomu w zrozumieniu pochodzenia jednej z najpotężniejszych cząstek, jakie kiedykolwiek zarejestrowano: cząstki Amaterasu. Ta cząstka promieniowania kosmicznego, nazwana na cześć japońskiej bogini słońca, zawiera zdumiewającą 40 milionów razy więcej energii niż cząsteczki wytwarzane w największym na świecie akceleratorze, Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC). Odkrycie rzuca światło na ekstremalne zdarzenia, które przyspieszają materię do niewyobrażalnych prędkości i może pomóc wskazać najbardziej gwałtowne obszary Wszechświata.
Puzzle o ultrawysokiej energii i promieniach kosmicznych
Promienie kosmiczne to naładowane cząstki o wysokiej energii, które nieustannie bombardują Ziemię z kosmosu. Cząstka Amaterasu, odkryta w 2021 roku, jest drugą najbardziej energetyczną cząstką, jaką kiedykolwiek zarejestrowano – ustępując jedynie legendarnej cząstce Oh My God! cząstka, odkryta w 1991 roku. Tak ekstremalne poziomy energii są niezwykle rzadkie, co skłoniło naukowców do zbadania ich źródeł: głównie pozostałości po wybuchach supernowych i chaotycznego środowiska wokół supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk.
Zagadka stała się jeszcze gorsza, gdy „Amaterasu” najwyraźniej wyłonił się z „Lokalnej Pustki” – rozległego, prawie pustego obszaru przestrzeni. W tej pustce brakuje gęstych, turbulentnych warunków typowych dla przyspieszania cząstek do wysokich energii, co czyni jej pochodzenie jeszcze bardziej tajemniczym.
Nowe punkty analizy poza pustką
Badacze Francesca Capel i Nadine Bourrichet z Instytutu Fizyki. Max Planck kwestionował to założenie. Korzystając z nowego podejścia opartego na danych, znaleźli dowody na to, że Amaterasu prawdopodobnie nie pochodzi z Lokalnej Pustki, ale z pobliskiej galaktyki gwiezdnej. W szczególności ich analiza wskazuje na duże prawdopodobieństwo, że cząstka została wystrzelona z M82, stosunkowo pobliskiej i aktywnie tworzącej się galaktyki.
Metoda opracowana przez zespół łączyła realistyczne modelowanie fizyczne z danymi obserwacyjnymi przy użyciu metody statystycznej zwanej aproksymacją Bayesa w trzech wymiarach. W technice tej porównano przewidywane trajektorie wysokoenergetycznych promieni kosmicznych, biorąc pod uwagę wpływ pól magnetycznych, z rzeczywistymi obserwacjami w celu określenia najbardziej prawdopodobnych miejsc ich powstania.
Implikacje dla zrozumienia ekstremalnych wydarzeń kosmicznych
Konsekwencje wykraczają poza rozwiązanie zagadki Amaterasu. Identyfikując potencjalne fabryki promieni kosmicznych, naukowcy mogą lepiej zrozumieć, w jaki sposób Wszechświat przyspiesza materię do tak ekstremalnych energii. Wiedza ta może również zapewnić wgląd w zachowanie materii w warunkach znacznie wykraczających poza warunki, które można osiągnąć w laboratoriach.
„Badanie promieni kosmicznych o ultrawysokiej energii pomaga nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób Wszechświat może przyspieszać materię do takich energii, a także identyfikuje środowiska, w których możemy badać zachowanie materii w tak ekstremalnych warunkach” – powiedział Capel.
Zespół badawczy koncentruje się obecnie na udoskonalaniu technik analizy statystycznej, aby jak najlepiej wykorzystać istniejące dane, a jego celem jest jeszcze głębsze zrozumienie sił kształtujących najbardziej energetyczne cząstki wszechświata. Ta praca pomoże odkryć sekrety najbardziej brutalnych środowisk kosmicznych.
