Naše planeta je neustále bombardována vysokoenergetickými částicemi z vesmíru – jev známý jako kosmické záření. Ačkoli tento termín zní děsivě, většina tohoto záření je neškodná. Zahrnuje viditelné světlo a subatomární částice proudící vesmírem, často nazývané kosmické paprsky. Některé pocházejí z našeho Slunce, jiné z Mléčné dráhy a překvapivě mnoho jich cestuje na obrovské vzdálenosti od jiných galaxií.
Stupnice extragalaktického dopadu
Je úžasné, že Země pravidelně zachycuje částice z galaxií vzdálených miliony světelných let. Tyto částice v průběhu času ztrácejí energii, ale některé stále přicházejí s mimořádnou silou. Jejich energie se měří v elektronvoltech (eV), což je malá jednotka měření: 26 milionů bilionů eV se rovná pouhému jednomu joulu (energie potřebná k ohřátí centimetru krychlového vody o 1 stupeň Celsia). Kosmické záření však často nese megaelektronvolty (MeV) nebo dokonce gigaelektronvolty (GeV).
Některé kosmické paprsky však vzdorují očekávání. V roce 1991 detekoval detektor Fly’s Eye částici s energií 320 kvintilionů eV, neboli 320 miliard GeV. Tato částice Oh My God (OMG) měla kinetickou energii 51 joulů – ekvivalent pomalého házení baseballového míčku, ale soustředěného do jediné subatomární částice.
Proč je tato částice tak zvláštní?
Protony, základní částice, které tvoří tento paprsek, jsou neuvěřitelně malé. Pro představu, proton ve srovnání s pomerančem je jako pomeranč ve srovnání s oběžnou dráhou Neptunu. Částice OMG se pohybovala rychlostí 99,9999999999999999999995 % rychlosti světla. Kdyby závodila s fotonem od zrození vesmíru, byla by dnes jen 600 metrů pozadu.
Odkud tato energie pochází?
Zdrojem jsou pravděpodobně supermasivní černé díry ve vzdálených galaxiích. Tyto černé díry vydávají silné výtrysky hmoty a energie, které nesou silná magnetická pole. Nabité částice, jako jsou protony, jsou v těchto polích urychlovány. Srážky mezi oblaky plynu dále zvyšují jejich energii prostřednictvím procesu zvaného „Fermiho zrychlení prvního řádu“, což je kosmický trebuchet, který kolem sebe vrhá částice rychlostí blízkou rychlosti světla.
Druhá nejenergetickejší vesmírná částice, která byla kdy objevena, přezdívaná Amaterasu, pocházela z galaxie PKS 1717+177, známé svými výkonnými výtrysky. Tyto události jsou tak energetické, že převyšují vše, co můžeme na Zemi vytvořit.
Porušení vesmírných pravidel?
Částice OMG však zpochybňuje naše chápání fyziky. Vesmír je naplněn kosmickým mikrovlnným pozadím, nízkoenergetickým zářením, které zbylo po velkém třesku. Při rychlostech blízkých rychlosti světla dochází ke srážce částic s tímto zářením, zesíleným Dopplerovým efektem. To by je mělo zpomalit nebo dokonce rozložit na další částice.
Kus OMG k nám však i přes tyto překážky dorazil. Řešením může být, že nešlo o proton, ale o těžší jádro – např. železo, které s kosmickým mikrovlnným pozadím interaguje odlišně.
Okno do raného vesmíru
Existence těchto ultravysokoenergetických kosmických paprsků dokazuje, že extrémní zdroje energie existují i mimo naši galaxii. Je to jako dívat se na zlomek vteřiny po velkém třesku. Vesmír neustále odhaluje svá tajemství a tyto částice jsou jen jedním ze způsobů, jak to dělá.
