Do Ziemi dotarł wyjątkowo silny promień kosmiczny. Naukowcy nie wiedzą, skąd się wziął

W tym artykule:

1. Cząstka O-mój-Boże
2. Cząstka nosi imię japońskiej bogini
3. Jak wykryć silne promieniowanie kosmiczne?
4. Kosmiczna zagadka Amaterasu

Przestrzeń kosmiczna pełna jest „iskier” – cząstek o wysokiej energii, które przemieszczają się po Wszechświecie z ogromnymi prędkościami. Ich źródłem mogą być gwiazdy, wybuchy supernowych albo aktywne jądra galaktyk. Cząstki te nazywa się promieniowaniem kosmicznym. Do jego rejestracji używa się rozległych sieci naziemnych detektorów.

Cząstka O-mój-Boże

Trzydzieści dwa lata temu, w 1991 r., podczas eksperymentu Fly’s Eye prowadzonego przez naukowców z Uniwersytetu Utah, wykryto cząstkę promieniowania kosmicznego o wyjątkowo wysokiej energii. Jej wykrycie było tak gigantycznym zaskoczeniem dla astrofizyków, że nazwano ją cząstką O-mój-Boże (ang. Oh-My-God particle).

Ta cząstka, najprawdopodobniej proton, miała energię wynoszącą aż 3,2 x 10²⁰ eV, czyli 320 Eev (320 eksaelektronowoltów). To odpowiednik energii kinetycznej piłki bejsbolowej lecącej z prędkością bliską 100 km/godz. Żaden obiekt w Galaktyce nie mógł być jej źródłem. Co więcej, O-mój-Boże miała większą energię niż dopuszczana jest dla promieniowania kosmicznego pochodzącego z innych galaktyk.

Co nie powinno znaleźć się w kosmosie? Te ogromne struktury zaskoczyły naukowców

Odkrycie gigantycznych struktur w kosmosie wstrząsnęło naszą wiedzą o Wszechświecie, który do niedawna uważany był za jednorodny.

Innymi słowy, takie cząstki nie powinny istnieć. A jednak od czasu do czasu docierają do Ziemi. W najnowszym numerze prestiżowego czasopisma „Science” naukowcy z Japonii i Stanów Zjednoczonych donoszą o wykryciu cząstki promieniowania kosmicznego, której energia ustępuje tylko energii cząstki O-mój-Boże. W maju 2021, dzięki sieci detektorów Telescope Array w Utah, zarejestrowano cząstkę o energii aż 2,4 x 10²⁰ eV, czyli 240 EeV.

Cząstka nosi imię japońskiej bogini

240 EeV to energia, jaką miałaby cegła zrzucona na ziemię z wysokości klatki piersiowej. Trudno sobie wyobrazić, jak mogła ją uzyskać pojedyncza cząstka subatomowa. Wykryta cząstka jest tak niezwykła, że podobnie jak O-mój-Boże uzyskała swoje własne imię. Odkrywcy zaproponowali, by nazywać ją Amaterasu, od japońskiej bogini Słońca.

Amaterasu, podobnie jak O-mój-Boże, należy do ultrawysokoenergetycznych cząstek promieniowania kosmicznego. Tak określa się cząstki mające energię przekraczającą 1 EeV (czyli 10¹⁸ elektronowoltów). To ok. milion razy więcej niż energia osiągana w budowanych przez ludzi akceleratorach cząstek. Dotychczas wykryto tylko 30 tego rodzaju cząstek. Jednak żadna z nich nie była choćby zbliżona pod względem energii do O-mój-Boże i Amaterasu.

Jak wykryć silne promieniowanie kosmiczne?

Ultrawysokoenergetyczne cząstki promieniowania kosmicznego docierają do Ziemi bardzo rzadko. Uważa się, że pojawiają się raz na stulecie na kilometr kwadratowy. Ponieważ są tak rzadkie, potrzeba szczególnie dużych instrumentów badawczych, żeby je wykryć. Telescope Array to sieć 507 naziemnych detektorów rozstawionych na powierzchni aż 700 km kw.

Tak duży instrument potrzebny jest, by zarejestrować tzw. cząstki wtórne. Gdy cząstki promieniowania kosmicznego docierają do Ziemi, uderzają w górną atmosferę. Mają tak ogromną energię, że rozbijają jądra tlenu i azotu, tworząc kaskadę cząstek. Te uderzają w kolejne atomy i tak ostatecznie na Ziemię spada cały deszcz cząstek wtórnych. Wyłapanie ich pozwala naukowcom oszacować energię cząstki pierwotnej, takiej jak Amaterasu.

Kosmiczna zagadka Amaterasu

Zagadką pozostaje, co było źródłem Amaterasu. Wydaje się, że nadleciała z Pustki Lokalnej – gigantycznej pustej przestrzeni o średnicy mierzonej w milionach lat świetlnych. Znajdują się w niej tylko nieliczne galaktyki. I nic, co mogłoby być źródłem cząstki o energii 240 EeV.

– Cząstki te mają tak wysoką energię, że (…) powinieneś być w stanie wskazać, skąd pochodzą – mówi John Matthews, współautor badań. – Jednak w przypadku cząstki O-mój-Boże i tej nowej cząstki, śledzisz ich trajektorie do źródła, a tam nie ma nic wystarczająco wysokiej energii, aby je wyprodukować. Co się do licha dzieje?

Naukowcy dopuszczają, że możemy mieć do czynienia z fenomenem jeszcze niewyjaśnionym przez naukę. Na przykład z nową cząstką niemieszczącą się w Modelu Standardowym. – [Źródłem tych cząstek – przyp. red.] mogą być defekty w strukturze czasoprzestrzeni albo zderzające się kosmiczne struny – spekuluje prof. John Belz, współautor pracy. – Oczywiście opowiadam teraz o szalonych pomysłach, na które ludzie wpadają, bo nie ma konwencjonalnego wyjaśnienia – dodaje naukowiec.

Źródła: Science, EurekAlert, Wikipedia.

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com