În anul 1991, experimentul Fly’s Eye de la Universitatea din Utah a reușit să detecteze cea mai mare rază cosmică de energie înaltă observată vreodată.
Cunoscută ulterior sub numele de particula Oh-My-God, energia acestei raze cosmice a șocat comunitatea astrofizicienilor. Nimic din galaxia noastră nu părea capabil să o genereze, iar cantitatea de energie a particulei depășea cu mult limitele teoretice ale razelor cosmice provenite din alte galaxii și călătorind prin spațiul cosmic până pe Pământ. Practic, existența acestei particule părea imposibilă.
De atunci, Telescopul Array a observat peste 30 de raze cosmice de energie ultra-înaltă, dar niciuna nu s-a apropiat de nivelul energiei Oh-My-God. Nicio observație nu a reușit încă să dezvăluie originea acestora sau modul în care acestea călătoresc spre Pământ.
Pe 27 mai 2021, experimentul Telescope Array a detectat a doua cea mai mare rază cosmică cu energie extremă. Cu o energie de 2,4 x 10^20 electronvolti, această particulă subatomică unică echivalează cu energia generată în momentul în care o cărămidă cade de la înălțimea taliei pe vârful degetelor de la picioare.
Condot de Universitatea din Utah și Universitatea din Tokyo, experimentul a utilizat Telescopul Array, compus din 507 stații de detectoare de suprafață aranjate într-o rețea pătrată care acoperă 700 km² în afara Delta, Utah, în deșertul de vest al statului.
Evenimentul a declanșat 23 de detectoare în regiunea de nord-vest a Telescopului Array, răspândite pe o suprafață de 48 km². Direcția sa de sosire părea să vină din Vidul Local, o zonă goală a spațiului care mărginește galaxia Calea Lactee.
“Particulele au o energie atât de mare încât nu ar trebui să fie afectate de câmpurile magnetice galactice și extragalactice. Ar trebui să putem detecta de unde vin ele”, a declarat John Matthews, coautor al studiului.
În observația lor publicată în revista Science, o colaborare internațională a cercetătorilor descrie raza cosmică de ultra-înaltă energie, evaluează caracteristicile acesteia și concluzionează că fenomenele rare ar putea urma fizica particulelor încă necunoscute științei.
Cercetătorii au denumit-o particula Amaterasu, după zeița soarelui din mitologia japoneză. Particulele Oh-My-God și Amaterasu au fost detectate folosind diferite tehnici de observație, confirmând că, deși rare, aceste evenimente de ultra-înaltă energie sunt reale.
“Aceste evenimente par să vină din locuri complet diferite de pe cer. Nu este ca și cum ar fi o singură sursă misterioasă”, a spus John Belz, coautor al studiului. “Ar putea fi defecte ale structurii spațiu-timpului, ciocnirea corzilor cosmice. Dar nu există o explicație convențională.”
Razele cosmice reprezintă ecourile unor evenimente cerești violente care au dispersat materia în structurile sale subatomice și au proiectat-o prin univers aproape cu viteza luminii.
În esență, fiecare rază cosmică conține particule încărcate cu o gamă largă de energii, incluzând protoni pozitivi, electroni negativi sau nuclee atomice întregi, călătorind prin spațiu și ajungând pe Pământ aproape constant.
Razele cosmice lovesc atmosfera superioară a Pământului și sparg nucleul de oxigen și azot gazos, generând multe particule secundare.
Acestea călătoresc pe o distanță scurtă în atmosferă și repetă procesul, formând o ploaie de miliarde de particule secundare care se dispersează la suprafață. Amprenta acestei ploi secundare este masivă și necesită ca detectoarele să acopere o zonă la fel de mare ca Telescopul Array.
Detectoarele de suprafață utilizează o suită de instrumente care oferă cercetătorilor informații despre fiecare rază cosmică; sincronizarea semnalului arată traiectoria acesteia, iar cantitatea de particule încărcate care lovesc fiecare detector dezvăluie energia particulei primare.
Deoarece particulele au o sarcină, calea lor de zbor seamănă cu cea a unei mingi dintr-un aparat de flipper, în zigzag împotriva câmpurilor electromagnetice din fundalul cosmic cu microunde.
Este aproape imposibil de urmărit traiectoria majorității razelor cosmice, care se află în partea de jos până la mijlocul spectrului energetic.
Chiar și razele cosmice de înaltă energie sunt distorsionate de fundalul cu microunde. Particulele cu energia Oh-My-God și Amaterasu trec prin spațiul intergalactic relativ neafectate. Numai cele mai puternice evenimente cerești le pot produce.
“Lucrurile pe care oamenii le consideră energetice, cum ar fi supernova, nu sunt deloc suficient de energetice pentru asta. Aveți nevoie de cantități uriase de energie, câmpuri magnetice foarte mari pentru a limita particula în timp ce aceasta este accelerată”, a spus Matthews.
