Enigma "Amaterasu": particula de energie ultra-înaltă care a căzut pe Pământ și care înspăimântă astronomii

Astronomii au detectat o emisie de raze cosmice de energie ultra-înaltă, una dintre cele mai energetice raze cosmice observate vreodată. Această particulă rară şi extrem de încărcată energic care cade pe Pământ provoacă nedumerire, pentru că provine dintr-o regiune aparent goală a spaţiului. Particula a fost numită Amaterasu, după numele zeiţei Soarelui din mitologia japoneză.

Razele cosmice de joasă energie pot emana de la Soare, dar cele de energie extrem de mare sunt excepţionale. Se crede că aceste particule călătoresc spre Pământ din alte galaxii şi surse extragalactice.

Razele cosmice cu o energie extrem de mare sunt foarte rare, dar pot atinge mai mult de 1.018 electroni-volţi sau până la un exa-electron-volţi (EeV), o energie de aproximativ un milion de ori mai mare decât cea obţinută de cele mai puternice acceleratoare de particule din lume.

Se crede că numai cele mai puternice evenimente cosmice, la scări care depăşesc cu mult explozia unei stele, sunt capabile să producă astfel de particule energetice. Însă Amaterasu pare să fi apărut din Vidul Local, o zonă goală a spaţiului care mărgineşte galaxia Calea Lactee.

"Îi urmăriţi traiectoria până la sursă şi nu există nimic suficient de energetic pentru a o fi produs", a declarat profesorul John Matthews, de la Universitatea din Utah, coautor al articolului din revista Science care descrie descoperirea. "Acesta este misterul acestui lucru - ce naiba se întâmplă?" spune cercetătorul.

În ciuda anilor de cercetare, originile exacte ale acestor particule de mare energie nu sunt încă clare. Se crede că acestea sunt legate de cele mai energetice fenomene din univers, cum ar fi cele care implică găuri negre, explozii de raze gamma şi nuclee galactice active, însă cele mai mari descoperite până acum par să provină din goluri sau din spaţiul gol - unde nu au avut loc evenimente celeste violente.

Particula Amaterasu are o energie care depăşeşte 240 de exa-electronvolţi (EeV), de milioane de ori mai mare decât particulele produse în Large Hadron Collider, cel mai puternic accelerator de particule construit vreodată pe Pământ. Aceasta este depăşită doar de particula Oh-My-God, o altă rază cosmică de energie ultra-înaltă, cu o energie de 320 EeV, detectată în 1991.

"Lucrurile la care oamenii se gândesc ca fiind încărcate de energie, cum ar fi supernovele, nu sunt nici pe departe suficient de energetice pentru acest lucru", a declarat Matthews. "Ai nevoie de cantităţi uriaşe de energie, câmpuri magnetice foarte mari, pentru a ţine particula în timp ce aceasta este accelerată", explică profesorul.

"Când am descoperit pentru prima dată această rază cosmică de energie ultra-înaltă, am crezut că trebuie să fi fost o greşeală, deoarece arăta un nivel de energie fără precedent în ultimele trei decenii", a mărturisit Toshihiro Fujii, profesor asociat la Universitatea Metropolitană din Osaka, Japonia. "Nu a fost identificat niciun obiect astronomic promiţător care să se potrivească cu direcţia din care a sosit raza cosmică, ceea ce sugerează posibilităţi de fenomene astronomice necunoscute şi noi origini fizice dincolo de Modelul Standard", a spus Toshihiro Fujii.

Urmărirea traiectoriei sale în sens invers indică spre spaţiul gol. În mod similar, particula Oh-My-God nu are o sursă vizibilă. Oamenii de ştiinţă sugerează că acest lucru ar putea indica o deviere magnetică mult mai mare decât cea prezisă, o sursă neidentificată în Vidul Local sau o înţelegere incompletă a fizicii particulelor de înaltă energie. "Aceste evenimente par să provină din locuri complet diferite de pe cer. Nu este ca şi cum ar exista o singură sursă misterioasă", a declarat profesorul John Belz de la Universitatea din Utah, coautor al lucrării. "Ar putea fi vorba de defecte în structura spaţiu-timp, de corzi cosmice care se ciocnesc. Adică, sunt doar idei nebuneşti pe care oamenii le au, pentru că nu există o explicaţie convenţională", recunoaşte el.

Un potenţial candidat pentru acest nivel de energie ar fi o gaură neagră supermasivă aflată în inima unei alte galaxii. În apropierea acestor entităţi vaste, materia este redusă la structurile sale subatomice, iar protonii, electronii şi nucleele sunt aruncaţi prin univers cu o viteză apropiată de cea a luminii.

Razele cosmice, ecouri ale acestor evenimente cereşti violente, se revarsă aproape constant pe Pământ şi pot fi detectate de instrumente, cum ar fi Observatorul Telescope Array din Utah, care a descoperit particula Amaterasu.

Când razele cosmice din spaţiu lovesc atmosfera, ele se ciocnesc cu moleculele de aer, dând naştere la particule secundare subatomice - electroni şi pozitroni - care cad în cascade, cunoscute sub numele de ploi de particule.

Pentru a capta aceste particule se folosesc detectoare speciale, care constau, de obicei, în staţii de scintilaţie de suprafaţă care acoperă suprafeţe mari. Acesta este cazul observatorului utilizat de echipa de cercetători. Telescope Array conţine 507 scintilatoare, fiecare măsurând 3 metri pătraţi, amplasate pe o suprafaţă de 1,2 km2 în deşertul Utah din SUA.

Telescopul Array este poziţionat în mod unic pentru a detecta razele cosmice de energie ultra-înaltă. Acesta se află la aproximativ 1.200 m, punctul ideal de elevaţie care permite dezvoltarea maximă a particulelor secundare, dar înainte ca acestea să înceapă să se dezintegreze. Amplasarea sa în deşertul din Utah oferă condiţii atmosferice ideale din două puncte de vedere: aerul uscat este crucial, deoarece umiditatea va absorbi lumina ultravioletă necesară pentru detectare, iar cerul întunecat din regiune este esenţial, deoarece poluarea luminoasă va crea prea mult zgomot şi va întuneca razele cosmice.

Telescope Array, care a început să funcţioneze în 2008, a observat mai mult de 30 de raze cosmice de energie ultra-înaltă, dar niciuna mai mare decât particula Amaterasu, care a lovit atmosfera deasupra statului Utah la 27 mai 2021, făcând să plouă cu particule secundare la sol, unde au fost preluate de detectoare, potrivit studiului.

Atmosfera îi protejează în mare măsură pe oameni de orice efect nociv al particulelor, deşi razele cosmice provoacă uneori perturbări ale computerielor. Particulele, şi radiaţiile spaţiale în general, reprezintă un risc mai mare pentru astronauţi, având potenţialul de a provoca daune structurale la nivelul ADN-ului şi de a altera multe procese celulare, potrivit NASA.