Наша планета постоянно подвергается бомбардировке высокоэнергетическими частицами из космоса – явление, известное как космическое излучение. Хотя термин звучит пугающе, большая часть этого излучения безвредна. Оно включает в себя видимый свет и субатомные частицы, струящиеся по космосу, часто называемые космическими лучами. Некоторые происходят от нашего Солнца, другие – изнутри Млечного Пути, а удивительное количество преодолевает огромные расстояния от других галактик.
Масштаб внегалактического воздействия
Удивительно, что Земля регулярно перехватывает частицы из галактик, находящихся на расстоянии в миллионы световых лет. Эти частицы теряют энергию со временем, но некоторые все же прибывают с экстраординарной силой. Их энергия измеряется в электрон-вольтах (эВ) – крошечной единице измерения: 26 миллионов триллионов эВ равны всего лишь одному джоулю (энергии, необходимой для нагрева кубического сантиметра воды на 1 градус Цельсия). Тем не менее, космические лучи часто несут мегаэлектронвольты (МэВ) или даже гигаэлектронвольты (ГэВ).
Однако некоторые космические лучи бросают вызов ожиданиям. В 1991 году детектор Fly’s Eye зафиксировал частицу с энергией 320 квинтиллионов эВ, или 320 миллиардов ГэВ. Эта частица «О, Боже мой» (OMG) обладала 51 джоулем кинетической энергии – эквивалент медленного броска бейсбольного мяча, но сконцентрированного в одной субатомной частице.
Что делает эту частицу такой странной?
Протоны, фундаментальные частицы, составляющие этот луч, невообразимо малы. Чтобы дать вам представление, протон по сравнению с апельсином – это как апельсин по сравнению с орбитой Нептуна. Частица OMG двигалась со скоростью 99,9999999999999999999995% от скорости света. Если бы она участвовала в гонке с фотоном с момента рождения Вселенной, то сегодня отстала бы всего на 600 метров.
Откуда берется эта энергия?
Источник, вероятно, – сверхмассивные черные дыры в далеких галактиках. Эти черные дыры выбрасывают мощные струи материи и энергии, несущие сильные магнитные поля. Заряженные частицы, такие как протоны, ускоряются внутри этих полей. Столкновения между газовыми облаками еще больше повышают их энергию посредством процесса, называемого «ускорением первого порядка Ферми» – космической требушетом, швыряющим частицы со скоростью, близкой к скорости света.
Вторая по энергии космическая частица, когда-либо обнаруженная, прозванная Аматэрасу, прибыла из галактики PKS 1717+177, известной своими мощными джетами. Эти события настолько энергичны, что затмевают все, что мы можем создать на Земле.
Нарушение космических правил?
Тем не менее, частица OMG бросает вызов нашему пониманию физики. Вселенная наполнена космическим микроволновым фоном – низкоэнергетическим излучением, оставшимся после Большого взрыва. При скоростях, близких к скорости света, частицы сталкиваются с этим излучением, усиленным эффектом Доплера. Это должно замедлить их или даже разрушить на другие частицы.
Тем не менее, частица OMG достигла нас, несмотря на эти препятствия. Решение может заключаться в том, что это был не протон, а более тяжелое ядро – например, железо, которое взаимодействует с космическим микроволновым фоном по-другому.
Окно в раннюю Вселенную
Существование этих ультравысокоэнергетических космических лучей доказывает, что экстремальные источники энергии существуют за пределами нашей галактики. Это похоже на взгляд на долю секунды после Большого взрыва. Вселенная постоянно раскрывает свои секреты, и эти частицы – лишь один из способов, которыми она это делает.
