В атмосферу Землі влучила надзвичайно енергійна космічна частинка, яку астрономи досі не можуть «прив’язати» до жодного відомого джерела у Всесвіті. Її назвали Аматерасу — на честь японської богині Сонця, а за потужністю вона увійшла до переліку найенергійніших частинок, які коли-небудь реєстрували на Землі.
Ця крихітна частинка десятки мільйонів років мандрувала космосом, а потім врізалася в атмосферу нашої планети. Саму її побачити неможливо, зате після удару в повітрі виникає справжній «злив» вторинних частинок, який і фіксують спеціальні детектори.
Енергія як у цеглини, але в одній частинці
Енергію Аматерасу оцінили приблизно у 39 джоулів. Дослідники з американського штату Юта порівнюють це з цеглиною, що падає на ногу з висоти пояса: у момент удару в неї приблизно стільки ж енергії. Різниця лише в тому, що в разі космічного променя вся ця потужність зосереджена в одній елементарній частинці, яку не роздивишся навіть у найкращий мікроскоп.
Для порівняння, протони у Великому адронному колайдері розганяють до енергій, які в десятки мільйонів разів менші. Самі фізики жартують, що зіткнення двох таких протонів за енергією нагадує падіння голки з висоти кількох сантиметрів.
Попри це, і протони в колайдері, і Аматерасу рухаються майже зі швидкістю світла. Протони досягають близько 99,9999991% світлової швидкості, а Аматерасу була ще ближче до цієї межі. Тобто швидкості майже однакові, а от енергія — зовсім різна.
Ще потужнішу частинку, яку прозвали «О, мій Боже!», також зафіксували в Юті у 1991 році. Її енергія була приблизно на третину більшою, а швидкість настільки близькою до світлової, що промінь світла, який летів би поруч, обігнав би її лише на один сантиметр за 245 тисяч років.
Як виявили Аматерасу і що показали детектори
Частинка Аматерасу досягла Землі 27 травня 2021 року, але її не помітили одразу. Сигнал знайшли лише під час аналізу масиву даних, зібраних детекторами за 13 років спостережень.
Керівник дослідження, японський фізик Тосіхіро Фудзії, зізнався, що спершу вирішив: це помилка вимірювань, адже подібної енергії не реєстрували близько 30 років.
Подію зафіксувала обсерваторія Telescope Array, розташована в пустелі на заході штату Юта. Частинки такої потужності прилітають надзвичайно рідко — рідше, ніж один раз на сто років на квадратний кілометр. Тому 507 детекторів розставили на площі близько 700 квадратних кілометрів — це трохи менше за територію Києва.
До поверхні Землі первинна частинка не долітає. Високо в атмосфері вона стикається з ядром атома, розбиває його, а уламки продовжують рух і породжують мільярди дрібніших частинок. Після удару Аматерасу цей «дощ» накрив приблизно 48 квадратних кілометрів, і спрацювали 23 детектори.
За тим, у який момент сигнал прийшов на кожен датчик, вчені відновлюють напрямок, звідки прилетів космічний промінь, а за кількістю частинок у зливі оцінюють його енергію.
Чому очікували побачити потужне джерело
Космічні промені — це заряджені частинки (найчастіше протони або ядра атомів), які рухаються крізь простір із величезними швидкостями. Такі частинки зазвичай пов’язують із найекстремальнішими об’єктами у Всесвіті.
Серед можливих джерел називають околиці надмасивних чорних дір у центрах галактик. Навіть вибухи зірок вважають занадто слабкими, щоб надати частинкам настільки велику енергію.
Однак найенергійніші частинки не можуть долетіти з будь-якої точки Всесвіту. Простір заповнений слабким випромінюванням, що залишилося від ранніх етапів існування Всесвіту. На довгих відстанях космічні промені взаємодіють із цим фоном і поступово втрачають енергію.
Тому дослідники припускають, що частинки на кшталт Аматерасу мають походити з відносно близьких, за космічними мірками, регіонів. Для такої енергії це приблизно не далі ніж сто мільйонів світлових років.
Частинка прилетіла з «порожнього» напрямку
Коли вчені відновили напрямок, звідки прийшла Аматерасу, виявилося, що він вказує у бік так званої Локальної порожнечі — великої області поблизу нашої Галактики, де дуже мало галактик загалом.
У цьому секторі не знайшли жодного об’єкта, який міг би розігнати частинку до такої енергії. Це й стало головною загадкою відкриття.
Одна з можливих відповідей пов’язана з тим, що частинка заряджена, а отже, на її шлях могли вплинути магнітні поля нашої Галактики. У такому разі напрямок, з якого вона досягла Землі, не збігається з реальною точкою її народження.
Інша, простіша версія: потужне джерело все ж є десь поруч, але астрономи його ще не виявили. У 2026 році інша група астрофізиків повторно прорахувала можливу траєкторію Аматерасу з урахуванням магнітних полів і знайшла кілька сусідніх галактик, з яких вона могла б прилетіти. Однак виділити одну конкретну поки що не вдалося.
При цьому рекордна частинка 1991 року («О, мій Боже!») прилетіла з зовсім іншого боку неба. Це свідчить, що в них, найімовірніше, різні джерела.
Чи загрожує це нашому розумінню фізики
Автори роботи розглядають і третю, сміливішу гіпотезу. Вона припускає існування невідомих науці частинок, які не втрачають енергію під час тривалої подорожі крізь космос. У такому разі вони могли б прилітати навіть із дуже далеких галактик.
Яка з трьох версій — про вплив магнітних полів, невідоме близьке джерело чи нові частинки — виявиться правильною, поки що незрозуміло. Водночас самі дослідники наголошують: говорити про відкриття нових законів природи зарано, адже перші дві гіпотези не потребують «нової фізики».
Щоб розібратися з походженням Аматерасу, потрібно зафіксувати більше подібних подій і порівняти, з яких напрямків вони прилітають. Для цього обсерваторію Telescope Array планують розширити до площі близько 2900 квадратних кілометрів. Тоді надпотужні космічні промені траплятимуться частіше, а вчені отримають більше шансів розкрити цю загадку.
