Nasza planeta jest nieustannie bombardowana wysokoenergetycznymi cząsteczkami z kosmosu – jest to zjawisko znane jako promieniowanie kosmiczne. Chociaż termin ten brzmi przerażająco, większość tego promieniowania jest nieszkodliwa. Obejmuje światło widzialne i cząstki subatomowe przepływające przez przestrzeń, często nazywane promieniami kosmicznymi. Niektóre pochodzą z naszego Słońca, inne z Drogi Mlecznej, a zaskakująca liczba pokonuje ogromne odległości od innych galaktyk.
Skala oddziaływania pozagalaktycznego
To niesamowite, że Ziemia regularnie przechwytuje cząstki z galaktyk oddalonych o miliony lat świetlnych. Cząsteczki te z czasem tracą energię, ale niektóre nadal docierają z niezwykłą siłą. Ich energię mierzy się w elektronowoltach (eV), małej jednostce miary: 26 milionów bilionów eV to zaledwie jeden dżul (energia potrzebna do ogrzania centymetra sześciennego wody o 1 stopień Celsjusza). Jednak promienie kosmiczne często przenoszą megaelektronowolt (MeV), a nawet gigaelektronowolt (GeV).
Jednak niektóre promienie kosmiczne przekraczają oczekiwania. W 1991 roku detektor Fly’s Eye wykrył cząstkę o energii 320 kwintylionów eV, czyli 320 miliardów GeV. Ta cząstka O mój Boże (OMG) miała 51 dżuli energii kinetycznej, co odpowiada powolnemu rzucaniu piłką baseballową, ale skoncentrowanej w pojedynczej cząstce subatomowej.
Co sprawia, że ta cząstka jest taka dziwna?
Protony, podstawowe cząstki tworzące tę wiązkę, są niewiarygodnie małe. Aby dać ci wyobrażenie, proton w porównaniu do pomarańczy jest jak pomarańcza w porównaniu z orbitą Neptuna. Cząstka OMG poruszała się z prędkością 99,999999999999999999995% prędkości światła. Gdyby ścigała się z fotonem od narodzin wszechświata, dzisiaj byłaby zaledwie 600 metrów za nim.
Skąd pochodzi ta energia?
Źródłem są prawdopodobnie supermasywne czarne dziury w odległych galaktykach. Te czarne dziury emitują potężne strumienie materii i energii, które przenoszą silne pola magnetyczne. Naładowane cząstki, takie jak protony, są przyspieszane w tych polach. Zderzenia między obłokami gazu dodatkowo zwiększają ich energię w procesie zwanym „przyspieszeniem Fermiego pierwszego rzędu”, kosmicznym trebuszem, który wyrzuca cząstki z prędkością bliską prędkości światła.
Druga najbardziej energetyczna cząstka kosmiczna, jaką kiedykolwiek odkryto, nazwana Amaterasu, pochodzi z galaktyki PKS 1717+177, znanej z potężnych dżetów. Zdarzenia te są tak energetyczne, że przyćmiewają wszystko, co możemy stworzyć na Ziemi.
Naruszenie zasad dotyczących przestrzeni?
Jednak cząstka OMG kwestionuje nasze rozumienie fizyki. Wszechświat jest wypełniony kosmicznym mikrofalowym promieniowaniem tła, niskoenergetycznym promieniowaniem pozostałym po Wielkim Wybuchu. Przy prędkościach bliskich prędkości światła cząstki zderzają się z tym promieniowaniem, wzmocnionym efektem Dopplera. To powinno je spowolnić, a nawet rozbić na inne cząstki.
Jednak mimo tych przeszkód kawałek OMG dotarł do nas. Rozwiązaniem może być to, że nie był to proton, ale cięższe jądro – np. żelazo, które inaczej oddziałuje z kosmicznym mikrofalowym tłem.
Okno na wczesny wszechświat
Istnienie tych ultrawysokoenergetycznych promieni kosmicznych dowodzi, że poza naszą galaktyką istnieją ekstremalne źródła energii. To jakby patrzeć na ułamek sekundy po Wielkim Wybuchu. Wszechświat nieustannie odkrywa swoje tajemnice, a te cząstki to tylko jeden ze sposobów, w jakie to robi.
