Vesmírné paprsky s energií tenisového míčku: Amaterasu částice může být těžší než železo

Záhadu původu nejenergetičtějších částic, jaké kdy byly pozorovány, by mohlo vysvětlit překvapivé zjištění. Ultraenergetické kosmické paprsky jsou částice z vesmíru, které dopadají na Zemi s energiemi daleko přesahujícími možnosti lidmi vytvořených urychlovačů.

Záhadu původu nejenergetičtějších částic, jaké kdy byly pozorovány, by mohlo vysvětlit překvapivé zjištění. Ultraenergetické kosmické paprsky jsou částice z vesmíru, které dopadají na Zemi s energiemi daleko přesahujícími možnosti lidmi vytvořených urychlovačů. Jednou z nejextrémnějších událostí byla „Amaterasu částice“, detekovaná v roce 2021 v Utahu a pojmenovaná po japonské bohyni slunce. Její zaznamenaná energie ji řadí mezi nejenergetičtější kosmické paprsky vůbec, srovnatelná s „Oh-My-God částicí“ z roku 1991. Její původ a dokonce i identita však zůstávají nejasné.

Nový výzkum vedený vědci z Penn State University, publikovaný v časopise Physical Review Letters, naznačuje, že některé z nejenergetičtějších kosmických paprsků mohou být atomová jádra těžší než železo. Tato ultra těžká jádra, tvořená protony a neutrony, obsahují téměř veškerou hmotu atomu. Tým vypočítal, že tato jádra ztrácejí energii pomaleji než samotné protony nebo lehčí jádra při cestování mezihvězdným prostorem, což jim umožňuje dosáhnout Země s extrémními energiemi.

Zjištění, na kterých se podíleli i výzkumníci z Japonska a dalších institucí, by mohla pomoci zúžit okruh kosmických zdrojů schopných tyto částice urychlovat. Kohta Murase, profesor fyziky a astronomie na Penn State a vedoucí výzkumného týmu, vysvětluje, že ultraenergetické kosmické paprsky mohou být urychlovány pouze těmi nejmocnějšími zdroji ve vesmíru. Směr, ze kterého Amaterasu částice přiletěla, však ukazoval na kosmickou prázdnotu bez zjevného zdroje, což prohlubovalo záhadu jejího původu, která trvá již přes 60 let.

S energiemi přesahujícími 100 exa-elektronvoltů (100 kvintilionů elektronvoltů) jsou tyto částice asi 10 milionkrát energetičtější než částice urychlované v největším světovém urychlovači, Velkém hadronovém srážeči. Amaterasu částice měla energii přibližně 240 exa-elektronvoltů, což je zhruba kinetická energie rychle letícího tenisového míčku, avšak nesená jedinou kosmickou částicí.

Murase dodává, že tyto nejenergetičtější kosmické paprsky pravděpodobně pocházejí z extrémních astrofyzikálních zdrojů, jako jsou srážky dvou neutronových hvězd nebo kolaps masivní hvězdy. Tým provedl detailní počítačové simulace, aby pochopil, jak se energie částic různých velikostí mění při cestování vesmírem. Výsledky ukázaly, že pokud některé z nejenergetičtějších událostí tvoří ultra těžká jádra, ovlivní to způsob, jakým budeme hledat jejich zdroje. Nejperspektivnějšími místy pro vznik a urychlování takových jader jsou zániky masivních hvězd s explozivním kolapsem do černých děr nebo silně zmagnetizované neutronové hvězdy, stejně jako splynutí binárních neutronových hvězd, známých jako silné zdroje gravitačních vln.