Наша планета постійно бомбардується високоенергетичними частинками з космосу – явище, відоме як космічне випромінювання. Хоча термін звучить страшно, більшість цього випромінювання нешкідлива. Воно включає видиме світло і субатомні частинки, що струмують по космосу, часто звані космічними променями. Деякі походять від нашого Сонця, інші – зсередини Чумацького Шляху, а дивовижна кількість долає величезні відстані від інших галактик.
Масштаб позагалактичного впливу
Дивно, що Земля регулярно перехоплює частинки галактик, що знаходяться на відстані в мільйони світлових років. Ці частки втрачають енергію з часом, але деякі все ж таки прибувають з екстраординарною силою. Їхня енергія вимірюється в електрон-вольтах (еВ) – крихітній одиниці виміру: 26 мільйонів трильйонів еВ дорівнюють лише одному джоулю (енергії, необхідної для нагрівання кубічного сантиметра води на 1 градус Цельсія). Тим не менш, космічні промені часто несуть мегаелектронвольти (МеВ) або навіть гігаелектронвольти (ГеВ).
Однак деякі космічні промені кидають виклик очікуванням. 1991 року детектор Fly’s Eye зафіксував частку з енергією 320 квінтильйонів еВ, або 320 мільярдів ГеВ. Ця частка «О, Боже мій» (OMG) мала 51 джоуль кінетичної енергії – еквівалент повільного кидка бейсбольного м’яча, але сконцентрованого в одній субатомній частинці.
Що робить цю частинку такою дивною?
Протони, фундаментальні частинки, що становлять цей промінь, неймовірно малі. Щоб дати вам уявлення, протон у порівнянні з апельсином – це як апельсин у порівнянні з орбітою Нептуна. Частка OMG рухалася зі швидкістю 99,99999999999999999999995% від швидкості світла. Якби вона брала участь у гонці з фотоном з моменту народження Всесвіту, то сьогодні відстала б лише на 600 метрів.
Звідки береться ця енергія?
Джерело, ймовірно, – надмасивні чорні дірки в далеких галактиках. Ці чорні дірки викидають потужні струмені матерії та енергії, що несуть сильні магнітні поля. Заряджені частинки, такі як протони, прискорюються усередині цих полів. Зіткнення між газовими хмарами ще більше підвищують їхню енергію за допомогою процесу, званого «прискоренням першого порядку Фермі» – космічної требушетом, що шпурляє частинки зі швидкістю, близькою до швидкості світла.
Друга по енергії космічна частка, колись виявлена, прозвана Аматерасу, прибула з галактики PKS 1717+177, відомої своїми потужними джетами. Ці події є настільки енергійними, що затьмарюють усе, що ми можемо створити на Землі.
Порушення космічних правил?
Проте частка OMG кидає виклик нашому розумінню фізики. Всесвіт наповнений космічним мікрохвильовим тлом – низькоенергетичним випромінюванням, що залишилося після Великого вибуху. При швидкостях, близьких до швидкості світла, частинки стикаються з цим випромінюванням, посиленим ефектом Доплера. Це має уповільнити їх або навіть зруйнувати інші частки.
Тим не менш, частка OMG досягла нас, незважаючи на ці перешкоди. Рішення може полягати в тому, що це був не протон, а важче ядро – наприклад, залізо, яке взаємодіє з космічним мікрохвильовим тлом по-іншому.
Вікно в ранній Всесвіт
Існування цих ультрависокоенергетичних космічних променів доводить, що екстремальні джерела енергії існують поза нашою галактикою. Це схоже на погляд на секунду після Великого вибуху. Всесвіт постійно розкриває свої секрети, і ці частинки – лише один із способів, якими вона це робить.
