ულტრამაღალი ენერგიის კოსმოსური სხივები წარმოადგენენ ექსტრა-გალაქტიკური წყაროებიდან მოსულ ნაწილაკებს რომელთა ენერგია აღემატება 10¹⁸ eV-ს, რაც დაახლოებით მილიონჯერ მეტია ადამიანის მიერ შექმნილი ამაჩქარებლების ენერგიასთან შედარებით. ითვლება, რომ ულტრამაღალი ენერგიის კოსმოსური სხივების წარმოქმნის პროცესები შეიძლება დაკავშირებული იყოს რელატივისტურ ჭავლებთან, შავ ხვრელებთან, გამა-აფეთქებებთან, გალაქტიკის აქტიური ბირთვების ან გალაქტიკების გროვების გარშემო ფართომასშტაბიან დარტყმით ტალღებთან, ან აღიწერებიან ახალი ფიზიკით ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელის მიღმა.

ვინაიდან კოსმოსური სხივების ნაწილაკებს გააჩნიათ მუხტი, მათი ტრაექტორიები მრუდდება გალაქტიკური და ექსტრა-გალაქტიკური მაგნიტური ველების ზემოქმედებით, ამიტომ მათი წყაროს დადგენა არც ისე ადვილია. ითვლება, რომ ულტრა მაღალი ენერგიის ნაწილაკების ურთიერთქმედება კოსმოსურ მიკროტალღურ ფონთან თრგუნავს 5 10¹⁹ eV-ზე მეტი ენერგიის მქონე სხივების ნაკადს, პიონების წარმოქმნის ან მძიმე ბირთვების ფოტო-დაშლის გამო. ეს ფენომენი მოიხსენება როგორც გრეიზენ-ზაცეპინ-კუზმინის ზღვარი (GZK ჩამოჭრა), რომლის თანახმად ასეთი ენერგიის ნაწილაკების დედამიწამდე მოღწევის მაქსიმალურ მანძილი არ უნდა აღემატებოდეს 50-100 მეგა-პარსეკს. მოსალოდნელია, რომ ულტრამაღალი ენერგიის ნაწილაკები ნაკლებად იქნება გადახრილი მაგნიტური ველებით, ამიტომ მათი მოსვლის მიმართულება მჭიდროდ უნდა იყოს კორელილებული მათ წყაროებთან.

საუკუნეში, ერთ კვადრატულ კილომეტრზე, 10²⁰-ზე მეტი ენერგიის კოსმოსური სხივების ნაკადი ერთ ნაწილაკზე ნაკლებია, რის გამოც მის დასარეგისტრირებლად საჭიროა ძალიან დიდი დეტექტორი (დაახლოებით ათასი კვადრატული კილომეტრი). ერთ-ერთი ასეთი ობსერვატორია, Telescope Array, წარმოადგენს 507 კოსმოსური სხივების დეტექტორისგან შემდგარ კვადრატული ფორმის მასივს, რომელიც მდებარეობს იუტას შტატის უდაბნოში ზღვის დონიდან 1,370 მეტრის სიმაღლეზე. დეტექტორების საერთო ეფექტური ფართობია 700 კვადრატული კილომეტრი, ცალკეულ დეტექტორებს შორის მანძილი კი 1.2 კილომეტრია. კოსმოსური ნაწილაკების ატმოსფეროში შემოსვლის ენერგია, მასა და მიმართულება შეიძლება განისაზღვროს ე. წ. ფართო ატმოსფერული ღვარების მეშვეობით, ესაა მეორადი ნაწილაკების კასკადი, რომელიც წარმოიქმნება კოსმოსური სხივების დედამიწის ატმოსფეროსთან ურთიერთქმედებით.

23 ნოემბერს ჟურნალმა Science გამოაქვეყნა Telescope Array კოლაბორაციის სტატია, რომელშიც მოთხრობილია, რომ მათ აღმოაჩინეს ულტრამაღალი ენერგიის კოსმოსური სხივის ნაწილაკი მოსვლის უჩვეულო მიმართულებით. ასოცირებული ფართოდ ატმოსფერული ღვარი დაფიქსირდა 2021 წლის 27 მაისის ადრეულ დილას, რის გამოც მოვლენას დაერქვა Amaterasu, იაპონური მზის ქალღმერთის საპატივცემულოდ. ამ სიგნალის გამომწვევი ნაწილაკს (სავარაუდოდ პროტონი) აღმოჩნდა მეორე უდიდესი ენერგიის მნიშვნელობა, 244 ± 29 10¹⁸ eV, რაც კი ოდესმე დაფიქსირებულა. საზოგადოდ Telescope Array-ს მკვლევარებს აღმოჩენილი აქვთ 30-ზე მეტი ულტრა მაღალი ენერგიის კოსმოსური სხივი. მათ შორის ყველაზე მაღალი, 3.2 10²⁰ eV ენერგიის მქონე სხივი დააფიქსირეს 1991 წელს, რომელსაც ეწოდა Oh-My-God (ღმერთო ჩემო). ჩვენს გალაქტიკაში მკვლევარები ვერ პოულობენ ასეთი გამოსხივების პოტენციური წყაროებს, ხოლო სხვა გალაქტიკიდან მოსული სხივებისთვის ნაწილაკებს თეორიულად აქვთ ძალიან მაღალი ენერგია. მარტივად რომ ვთქვათ, ჩვენი გაგებით ასეთი ენერგიის ნაწილაკები არ უნდა არსებობდნენ.

მკვლევარები ყურადღებას ამახვილებენ არა მხოლოდ ნაწილაკების მაღალ ენერგიაზე, არამედ მათი შესაძლო წყაროების, უფრო სწორად, რაიმე პოტენციური წყაროს არარსებობაზეც. Amaterasu ნაწილაკის მოსვლის მიმართულებით არ არსებობს არც ერთი ცნობილი ასტრონომიული ობიექტი, რომელიც განიხილება ულტრა-მაღალი ენერგიის კოსმოსური სხივების პოტენციურ წყაროდ; გალაქტიკური მაგნიტური ველის მიერ გადახრის გათვალისწინების შემდეგადაც კი ის ხვდება ლოკალური სიცარიელის რეგიონი სამყაროს ფართომასშტაბიან სტრუქტურაში.

მეცნიერები მუშაობენ იუტას ტელესკოპების მასივის გაფართოებაზე, რათა გაზომონ კოსმოსური სხივების მიერ გამოწვეული მეორადი ნაწილაკების ნაკადები 2,900 კმ² ფართობზე. ისინი იმედოვნებენ, რომ გაზრდილი ფართობი მეტი მსგავსი მოვლენის დაფიქსირების საშუალებას მოგვცემს, რაც დაგვეხმარება ზემაღალი ენერგიის კოსმოსური სხივების პრობლემების გადაწყვეტაში.

წყარო:

https://phys.org/news/2023-11-telescope-array-second-highest-energy-cosmic-ray.html