PRL: тяжелые ядра в космических лучах могут порождать частицы с рекордной энергией

Исследователи Пенсильванского университета предложили механизм, объясняющий природу частицы Аматэрасу — одного из самых энергетически мощных объектов, когда-либо зарегистрированных физиками. По версии авторов, ее возникновение связано с ускорением ядер тяжелее железа в источниках сверхвысокоэнергетических космических лучей. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).

Частица Аматэрасу была зафиксирована массивом детекторов Telescope Array в 2021 году над Юго-Западом США с энергией около 244 эксаэлектронвольт. Для сравнения: это сопоставимо с кинетической энергией теннисного мяча, летящего на скорости 150 км/ч, но сосредоточенной в единственной субатомной частице. Направление прихода не указывало ни на один из известных астрофизических источников, что ставило физиков в тупик.

Физик Кохта Мурасэ и его коллеги построили модель ускорения ультратяжелых ядер — элементов тяжелее железа, таких как свинец или уран, — в мощных астрофизических объектах: активных галактических ядрах или скоплениях галактик. При ускорении тяжелые ядра взаимодействуют с фотонами окружающего излучения, в результате чего происходят фотоядерные реакции: ядра частично распадаются, высвобождая нуклоны с колоссальной кинетической энергией.

Модель согласуется с наблюдательными данными и предсказывает угловое рассеяние частиц при прохождении через межгалактические магнитные поля, что естественно объясняет отсутствие явного "родительского" источника в направлении прихода Аматэрасу.

Авторы отмечают, что предложенный механизм можно проверить в ходе дальнейших наблюдений за скоплениями галактик в гамма-диапазоне и нейтринными телескопами следующего поколения.