Korzystając z eksperymentu o nazwie Telescope Array w stanie Utah, USA, astronomowie zarejestrowali promień kosmiczny o niezwykle wysokim poziomie energii 244 EeV. Cząstka otrzymała nazwę „Amaterasu”. Pytania dotyczące jej pochodzenia i budowy na razie pozostają bez odpowiedzi.
Promienie kosmiczne to energetycznie naładowane cząstki pochodzące ze źródeł galaktycznych i pozagalaktycznych. Promienie kosmiczne o niezwykle wysokiej energii są wyjątkowo rzadkie; ich energie mogą przekraczać 1018 elektronowoltów lub jeden eksa-elektronowolt (EeV), czyli mniej więcej milion razy więcej niż osiągane przez najpotężniejsze akceleratory, jakie kiedykolwiek wyprodukowano przez człowieka.
W pogoni za takimi promieniami z kosmosu profesor Fujii wraz z międzynarodowym zespołem naukowców prowadzi eksperyment Telescope Array od 2008 roku. Wykorzystuje do tego wyspecjalizowany detektor promieni kosmicznych, który składa się z 507 powierzchniowych stacji scyntylacyjnych, obejmujących rozległy obszar detekcji o powierzchni 700 kilometrów kwadratowych w stanie Utah w Stanach Zjednoczonych.
Artystyczna ilustracja niezwykle energetycznego promienia kosmicznego zaobserwowanego przez układ detektorów powierzchniowych w ramach eksperymentu Telescope Array, nazwanego „cząstką Amaterasu”. Źródło: Osaka Metropolitan University/L-INSIGHT, Uniwersytet w Kioto/Ryuunosuke Takeshige.
27 maja 2021 roku naukowcy odkryli cząstkę Amaterasu o imponującym poziomie energii 244 EeV, jaki nie był spotykany od trzech dekad. Taki poziom energii jest porównywalny z najbardziej energetycznym promieniem kosmicznym, jaki kiedykolwiek zaobserwowano, zwanym cząstką „O mój Boże” (“Oh-My-God” particle), którego energia w chwili wykrycia w 1991 r. szacowana była na 320 EeV. Publikacja dotycząca odkrycia Amaterasu ukazała się 23 listopada 2023 r. w czasopiśmie Science.
Spośród wielu kandydatów na nazwę cząstki profesor Fujii i współpracownicy zdecydowali się na „Amaterasu”, na cześć bogini słońca, która według wierzeń Shinto odegrała kluczową rolę w powstaniu Japonii. Cząstka Amaterasu jest być może równie tajemnicza jak sama japońska bogini. Nie wiemy skąd się wzięła, ani czym odkładnie była. Naukowcy mają nadzieję, że Amaterasu utoruje drogę do wyjaśnienia źródeł ultra-energetycznych promieni kosmicznych.
Artystyczna ilustracja przedstawiająca prostoliniowy tor ruchu promienia kosmicznego o ultrawysokiej energii w porównaniu z torem ruchu słabszego promienia kosmicznego, który jest zakrzywiany wskutek oddziaływania z polami elektromagnetycznymi. Źródło: Uniwersytet Metropolitalny w Osace/Uniwersytet w Kioto/Ryuunosuke Takeshige
Jak dotąd nie zidentyfikowano żadnego obiecującego obiektu astronomicznego odpowiadającego kierunkowi, z którego przybył ten promień kosmiczny, co sugeruje możliwość istnienia nieznanych zjawisk astronomicznych i nowego pochodzenia fizycznego wykraczającego poza Model Standardowy – mówi profesor Fujii. – W przyszłości będziemy kontynuować badania dotyczące źródeł tej niezwykle energetycznej cząstki za pomocą eksperymentu Telescope Array, TAx4 i innych obserwatoriów nowej generacji.
Animacja pokazująca detekcję cząstki Amaterasu. Źródło: Uniwersytet Metropolitalny w Osace.
Więcej informacji: publikacja “An extremely energetic cosmic ray observed by a surface detector array” 23 listopada 2023, Science.
DOI: 10.1126/science.abo5095
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Wizja artystyczna wysokoenergetycznej cząstki uderzającej w Ziemię. Źródło: Uniwersytet Metropolitalny w Osace.
