Ми, можливо, розкрили походження найзагадковіших частинок у всесвіті

Спільне походження

Одна нова теорія могла б покласти деякі давні таємниці фізики на відпочинок. Недавня астрофізична модель передбачає, що три різних типи високоенергетичних «частинок космічних месенджерів» можуть виходити з одного і того ж явища. Теорія стверджує, що ці частинки - космічні промені надвисоких енергій, високоенергетичні нейтрино і високоенергетичні гамма-промені - потенційно були розстріляні в космос після струменів з надмасивних чорних дір прискорених космічних променів.

Розроблена вченими з штату Пенсільванія і Університету Меріленда, ця модель є першою астрофізичної моделлю такого роду. Документ, що описує його і його обчислювальну основу, був недавно опублікований в журналі Nature Physics.

Кохта Муразе, доцент фізики і астрономії та астрофізики в штаті Пенсільванія, заявив в прес-релізі: «Наша модель показує спосіб зрозуміти, чому ці три типи частинок космічних месенджерів мають дивно схожу долю потужності в Всесвіту, незважаючи на те, що вони спостерігаються космічними і наземними детекторами на десять порядків в окремій енергії частинок».

Тлумачення художником «мультикур'єрного» випромінювання космічних променів, прискорене струменями з надмасивної чорної діри. Зображення: Каноков Хоріо

Далі Муразе пояснив, що нейтрино і гамма-промені, як це було запропоновано моделлю, природно викликані зіткненнями частинок як частки космічних променів. Це означає, що вони «успадковують» енергію своїх батьківських частинок, пояснюючи, чому три космічних посланця мають схожі енергії.

Космічні посланники

Кожна з цих трьох частинок з екстремальної енергією володіє безліччю унікальних якостей, але всі вони мають надвисокими рівнями енергії. Нейтрино за своєю природою невловимі і дуже важко знайти, хоча високоенергетичні нейтрино можуть і були виявлені в нейтринної обсерваторії IceCube в Антарктиді. Високоенергетичні гамма-промені мають найвідомішу електромагнітну енергію. Космічні промені надвисоких енергій - це в основному атомні ядра, але іноді і інші частинки, які рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла.

Метод, який використовується цієї дослідницькою групою, показав, що цей «багатокористувацький підхід» трьох космічних частинок-месенджерів можна пояснити чисельним моделюванням.

«Наша робота демонструє, що космічні промені надвисоких енергій, що виходять з активних ядер галактик і їх оточення, такі як скупчення і групи галактик, можуть пояснити спектр і склад космічних променів надвисоких енергій», - сказав Ке Фанг, постдокторські асоційований співробітник Університету штату Меріленд, в прес-релізі. «Одночасно дуже високоенергетичний спектр нейтрино вище ста мільйонів мегаелектронвольт може бути пояснений зіткненнями частинок між космічними променями і газом в кластерах і групах галактик».

Одкровення, що надається за допомогою моделювання цієї моделі, служить для усунення попередніх невідповідностей у фізиці і нашого розуміння всесвіту. Це крок до створення об'єднуючої моделі того, як ці три частки екстремальної енергії фізично пов'язані. Цей метод також просуває розраховану на багато користувачів астрономію, яка використовує як теорію, так і дані з усіх трьох частинок.

«Золота ера багатокористувацької астрофізики частинок почалася зовсім недавно», - пояснив Муразе в прес-релізі. «Тепер вся інформація, яку ми можемо дізнатися від всіх типів космічних месенджерів, важлива для виявлення нових знань про фізику космічних частинок з екстремальної енергією і більш глибокого розуміння нашого всесвіту».

Література: Space.com, Природа, Університет штату Пенсільванія