Астрономы поймали частицу Аматэрасу с высочайшим уровнем энергии —она прилетела из пустой части Вселенной

Космическая частица с энергией, в десятки миллионов раз превышающей возможности Большого адронного коллайдера, пришла на Землю из абсолютно пустого участка Вселенной. Этот факт ставит под сомнение фундаментальные представления физики: если источник невидим, значит, мы столкнулись либо с неизвестным типом космических объектов, либо с проявлением «новой физики» за пределами Стандартной модели. Зарегистрированный 27 мая 2021 года поток, названный в честь японской богини Солнца Аматэрасу, стал лишь третьим подобным событием за последние тридцать лет, что делает его уникальным объектом для изучения.

Энергия, недоступная земным ускорителям

Показатель в 244 эксаэлектронвольт (ЭэВ) ставит частицу Аматэрасу в один ряд с легендарными предшественниками. Для сравнения, самый мощный ускоритель частиц на планете разгоняет протоны лишь до нескольких тераэлектронвольт. Аматэрасу уступает только рекордсмену 1991 года «Oh-My-God» (320 ЭэВ) и частице 2001 года (280 ЭэВ), но превосходит событие 1993 года (213 ЭэВ). Природа всех этих четырех вспышек остается загадкой. Аппаратура проекта Telescope Array (TA), раскинутая на площади в 700 квадратных километров в пустыне Юта, сработала именно для того, чтобы ловить такие аномалии, которые, по оценкам ученых, случаются реже одного раза в столетие на квадратный километр.

Как ловят невидимку

Сам первоисточник детекторы TA не фиксируют. Входя в атмосферу Земли, сверхэнергичная частица сталкивается с атомами воздуха и мгновенно распадается на каскад вторичных частиц — так называемый широкий атмосферный ливень. Именно этот «дождь» из осколков и регистрируют датчики обсерватории. Анализируя время прихода и энергию вторичных частиц, ученые реконструируют траекторию движения и энергию исходного гостя. Главная интрига любого такого события — установить точку его рождения.

Пустота как ключ к разгадке

Траектория частицы Аматэрасу указывает на область пространства, получившую название «войд» — локальная пустота, где практически отсутствуют галактики и звезды. Согласно современным представлениям, частицы с такой колоссальной энергией могут рождаться только в экстремальных астрофизических процессах: в окрестностях сверхмассивных черных дыр, при вспышках гамма-всплесков или в результате мощнейших гравитационных возмущений. Однако в зоне, откуда прилетела Аматэрасу, нет ни одного известного источника, способного разогнать частицу до таких скоростей. Это оставляет лишь один вариант — механизм ускорения либо неизвестен науке, либо сама частица является продуктом распада гипотетической сверхтяжелой темной материи.

Поиск источников космических лучей сверхвысоких энергий ведется с 1960-х годов. До сих пор лишь несколько событий превысили порог в 100 ЭэВ. Каждый такой случай — это стресс-тест для Стандартной модели физики, которая не может объяснить, как частица способна преодолевать космические расстояния, не теряя энергию на взаимодействие с реликтовым излучением.

Данные с Telescope Array уже позволили исключить несколько ближайших галактик в качестве кандидатов в источники Аматэрасу. Если дальнейший анализ подтвердит аномальное направление прилета, физикам придется пересматривать модели ускорения частиц в космосе или искать объяснения в рамках теории суперсимметрии. В любом случае, человечество получило редчайший шанс «пощупать» ту область реальности, где привычные законы природы могут переставать работать.