Den andra kosmiska strålen med mycket hög energi fångas: dess källa förblir dock ett mysterium

Ett kraftfullt teleskop för att upptäcka kosmisk strålning har förvånat forskare för andra gången genom att fånga ytterligare ett av fenomen med den högsta energin någonsin. 
Låt oss upptäcka mer.

Telescope Array fångar ännu en super kosmisk strålning

telescopearray

Telescope Array är projektet som föddes ur samarbeten mellan olika institutioner och universitet i USA, Ryssland, Korea, Japan och Belgien. Som det står på webbplatsen:

"eperimentet är utformat för att observera atmosfäriska skurar inducerade av extremt högenergisk kosmisk strålning. Det sker med en kombination av markuppsättning och luftfluorescensteknik. Ytdetektorserien Scintillatorer provar avtrycket av skurarna av luft när den når jordens yta, medan fluorescensteleskop mäter det tindrande ljuset som genereras när skuren passerar genom atmosfärisk gas.".

Teleskopet har samlat in element från öknen i Milard County, Utah, USA sedan år 2007.

TALE, Telescope Array Low Energy Extension, möjliggör observationer av kosmisk strålning med högre energi med tio nya teleskop "high elevation angle, viewing up to 72°", vid en av teleskopstationerna och genom att lägga till en graderad uppsättning av scintillerande ytdetektorer."

Mer än trettio år efter åsynen av Oh-My-God, den extrema högenergipartikel, som upptäcktes den 15 oktober 1991 och som gjorde astronomerna mållösa, har en ny väldigt kraftfull kosmisk stråle vars ursprung forskara ännu inte har förstått upptäckts. Ursprunget av partikeln som anlände från rymden är ett stort frågetecken, men enligt vissa kan det vara resultatet av fenomen relaterade till fysik som fortfarande är okända.

Amaterasu, den andra mycket kraftfulla kosmiska strålen som registrerats

G. Pérez, IAC/Wikimedia commons - CC BY-SA 3.0

Energin från den mystiska kosmiska strålen var 240 exa-elektronvolt, väldigt lik den enda kosmiska strålen med så hög kraft som någonsin registrerats, den som döptes till Oh-My-God, på ungefär 320 EeV, överlägsen alla möjliga energikällor producerade i vår galax. Sedan dess har Telescope Array observerat mer än trettio kosmiska strålar med hög energi, men aldrig någon som närmat sig dess kraft. Åtminstone fram till nu. 

"Det är förvånande, eftersom vi måste tänka på vad som skulle kunna producera så hög energi" säger Clancy James, astronom vid Curtin University, Australien.

Det finns inget svar på denna fråga ännu. Kosmisk stråle är en subatomär partikel med hög energi, vanligtvis en proton, som kan färdas genom rymden med eller nära ljusets hastighet. Deras energinivåer överstiger en EeV, vilket betyder att de är ungefär en miljon gånger mer intensiva än de som kan uppnås med mänskligt tillverkade partikelaccelerationer. Av denna anledning är strålar som överstiger 100 EeV sällan observerbara, tänk bara att mindre än en når varje kvadratkilometer av vår planet under ett sekel.

Den 27 maj 2021 upptäckte Toshihiro Fujii, astronom vid Osaka Metropolitan University i Japan, onormala signaler under en rutinkontroll av data vid Telescope Array kosmisk stråldetektor. Dessa signaler tycktes indikera att anläggningarnas detektorer hade manipulerats med en otrolig kraftfull energi, vilket fick Fujii att tro att det var ett fel. 

"Jag trodde att det var något fel eller en bugg i programvaran. Jag blev verkligen förvånad" säger han, när han insåg att måtten var kompatibla med de som produceras av kosmiska strålar. Den nya partikeln, syster till Oh-My-God, fick namnet Amaterasu, stulet från en japansk solgudinna.

Varifrån kommer denna kosmiska stråle med så hög energi?

OSAKA METROPOLITAN UNIVERSITY/L-INSIGHT, KYOTO UNIVERSITY/RYUUNOSUKE TAKESHIGE

Men när de försökte identifiera partikelns källa kunde Fujii och hans kollegor inte förstå dess ursprung. Dessa kosmiska högenergistrålar susar vanligtvis genom rymden ganska flytande, utan att studsa våldsamt på grund av magnetfält, som lågenergistrålar gör. Om så inte hade varit fallet hade det varit mycket lättare att spåra ursprungskällan, vare sig det var ett svart hål, en galax eller en stjärnexplosion. 

Teamet beräknade att Amaterasus källa sannolikt är ett tomt område i rymden, där endast få galaxer finns. Således försökte de koppla den till galaxer och himlakroppar som är nära dess ankomstbana, men utan att upptäcka något.

"Det fanns inget" förklarade Fujii.

En möjlighet är att beräkningsmodellerna behöver vissa modifieringar, eller att sådana kraftfulla kosmiska strålar genereras av fysiska fenomen som ännu inte är kända: om det skulle vara så skulle de kunna täcka mycket större avstånd än man tidigare trott.

Fujii och hans kollegors nästa steg blir att göra Telescope Array fyra gånger känsligare än dess usprungliga design, så att den kan observera ett större antal kosmiska strålar med mycket hög energi och kunna identifiera deras källor.

"Partiklarna har så hög energi att de inte bör påverkas av galaktiska och extragalaktiska magnetfält. Vi borde kunna se varifrån i himlen de kommer, men i fallet med Oh-My-Gods och denna nya partikel, spårar dess bana till källan, det finns inget som är tillräckligt energiskt för att ha producerat dem. Det är detta som är så mystiskt: vad är det som händer?" säger studiens medförfattare John Matthews.

Telescope Arrays uppdatering kanske kan ge ett svar på den frågan.