Do Ziemi dotarła wysokoenergetyczna cząstka. "Nie istnieje konwencjonalne wyjaśnienie tego zjawiska"

W 1991 roku detektor promieniowania kosmicznego w Utah wykrył coś niespodziewanego - cząsteczkę tak pełną energii, że niemal sprzeczną z prawami fizyki. Cząsteczka nazwana Oh-My-God (ang. "O Mój Boże!") miała jej zbyt dużo, żeby pochodzić od jakiegokolwiek obiektu w naszej Galaktyce, a wyliczenia potwierdzały, że promienie kosmiczne spoza Drogi Mlecznej nie powinny być aż tak wysokoenergetyczne. Od tej pory zaobserwowano ponad 30 podobnych, acz słabszych promieni, ale naukowcy wciąż nie wiedzą, co jest ich źródłem. Dopiero po 30 latach udało się zarejestrować cząsteczkę bliską tej rekordowej.

Jak opisuje badanie opublikowane na łamach "Science", 27 maja 2021 instrumenty pomiarowe teleskopu Array (CTA) zlokalizowane na pustyni w amerykańskim stanie Utah wykazały uderzenie cząsteczki o mocy 244 eksaelektronowoltów (EeV). Przedrostek "eksa" wskazuje, że niosła ona ze sobą o 18 rzędów wielkości więcej energii niż podstawowa jednostka, eV, wykorzystywana do określania energii cząsteczek. Dla porównania, pojedynczy elektron w zorzy polarnej niesie ze sobą energię równą 40 tysiącom eV, trzem rzędom wielkości. W przypadku cząstki Oh-My-God było to 320 EeV.

- Cząstki są tak energetyczne, że nie powinny mieć na nie wpływu jakiekolwiek pola magnetyczne. Powinniśmy być w stanie wskazać, skąd pochodzą - powiedział John Matthews z Uniwersytetu w Utah, współautor badania. - Gdy śledzimy trajektorię Oh-My-God i nowej cząstki do ich źródeł, nie widzimy nic na tyle wysokoenergetycznego, aby je wytworzyć. Na tym polega tajemnica: co tam się, do cholery, dzieje?

Badacze ze Stanów Zjednoczonych i Japonii nadali cząstce nazwę Amaterasu na cześć bogini słońca z japońskiej mitologii. Obydwa zdarzenia zostały wykryte przy użyciu różnych technik obserwacyjnych, co potwierdza, że chociaż dochodzi do nich rzadko, są one jak najbardziej rzeczywiste.

Promienie kosmiczne są echem zdarzeń, które rozbiły materię do jej subatomowych struktur i wyrzuciły je z prędkością bliską prędkości światła. Naładowane cząstki podróżują w przestrzeni kosmicznej i dość regularnie uderzają w górną atmosferę Ziemi. Tam rozbijają jądra tlenu i azotu, generując wiele cząstek wtórnych, które następnie powtarzają proces. To właśnie ten "wtórny deszcz" milionów cząstek pozwala zaobserwować te zjawiska: moment zarejestrowania sygnału pozwala określić jego trajektorię, a ilość uderzeń w detektor ujawnia energię cząstki pierwotnej.

Jak wyjaśnili naukowcy, tak energetyczne cząstki mogą powstać jedynie w wyniku najpotężniejszych zdarzeń. Chociaż nie znamy ich źródła, kandydatami do tego miana mogą być aktywne jądra galaktyk lub czarne dziury z dyskami emitującymi ogromne dżety cząstek, zwykle znajdujące się w odległości ponad 160 milionów lat świetlnych od Ziemi. Co ciekawe, Amaterasu zdaje się pochodzić z tak zwanej Pustki Lokalnej, pustego obszaru graniczącego z Drogą Mleczną.

- Te zdarzenia wydają się pochodzić z zupełnie innych miejsc na niebie. To nie jest tak, że istnieje jedno tajemnicze źródło - powiedział John Belz z Uniwersytetu w Utah, współautor badania. - Mogą to być defekty w strukturze czasoprzestrzeni, zderzające się kosmiczne struny. Powtarzam teraz najbardziej szalone teorie, ponieważ nie istnieje konwencjonalne wyjaśnienie tego zjawiska - dodał.

Atmosfera Ziemi chroni nas przed szkodliwymi skutkami wysokoenergetycznych cząstek, choć czasami zakłócają one pracę sprzętu elektronicznego. Promieniowanie kosmiczne stanowi jednak zagrożenie dla astronautów, ponieważ może uszkadzać DNA i mieć wpływ na wiele procesów zachodzących w komórkach.