Ученые, возможно, нашли ответ на одну из самых загадочных загадок астрофизики: откуда берутся частицы с ультравысокой энергией (UHECR), которые являются самыми энергетически мощными частицами во Вселенной. Согласно новой теории, предложенной физиком Гленнис Фаррар из Нью-Йоркского университета, эти частицы возникают в результате слияния нейтронных звезд — одних из самых экстремальных и катастрофических событий во Вселенной.
Ультравысокоэнергетические космические лучи (UHECR) — это частицы, энергия которых в миллионы раз превышает энергию, достижимую в самых мощных ускорителях частиц на Земле, таких как Большой адронный коллайдер. Эти частицы путешествуют через космос и иногда достигают Земли, но их происхождение оставалось загадкой на протяжении более 60 лет.
Гленнис Фаррар, профессор физики Нью-Йоркского университета, предложила новую теорию, которая объясняет, как UHECR могут возникать в результате слияния нейтронных звезд. Нейтронные звезды — это сверхплотные остатки массивных звезд, которые коллапсировали после взрыва сверхновых. Когда две такие звезды сталкиваются, они образуют черную дыру, а сам процесс сопровождается выбросом огромного количества энергии.
Согласно теории Фаррар, UHECR ускоряются в турбулентных магнитных потоках, которые возникают в результате слияния нейтронных звезд. Эти магнитные потоки выбрасываются из остатков звезд до того, как окончательно формируется черная дыра. Этот процесс не только создает частицы с экстремально высокой энергией, но и сопровождается мощными гравитационными волнами, которые уже были зафиксированы обсерваториями LIGO и Virgo.
Теория Фаррар не только объясняет происхождение UHECR, но и связывает их с другими фундаментальными процессами во Вселенной. Например, слияние нейтронных звезд также отвечает за образование многих тяжелых элементов, таких как золото, платина, уран и йод. Таким образом, это открытие помогает лучше понять, как во Вселенной появляются редкие и ценные элементы.
Кроме того, теория предлагает два ключевых предсказания, которые могут быть проверены в будущих экспериментах:
- Частицы с самой высокой энергией должны состоять из редких элементов, таких как ксенон и теллур, которые образуются в результате так называемого r-процесса (быстрого захвата нейтронов).
- Столкновения UHECR должны сопровождаться высокоэнергетическими нейтрино и гравитационными волнами, что открывает новые возможности для наблюдений и проверки теории.
Открытие Фаррар дает ученым новый инструмент для изучения самых экстремальных событий во Вселенной. Слияние нейтронных звезд — это не только источник UHECR, но и ключ к пониманию процессов, которые формируют нашу Вселенную.
«После шести десятилетий исследований мы, возможно, наконец нашли объяснение происхождения этих загадочных частиц», — говорит Фаррар. — «Это открытие не только раскрывает тайну UHECR, но и углубляет наше понимание того, как возникают тяжелые элементы и как гравитационные волны связаны с космическими лучами».
Теория Фаррар уже привлекла внимание научного сообщества. В ближайшие годы астрономы и физики планируют провести дополнительные наблюдения, чтобы проверить предсказания теории. Например, поиск редких элементов в составе UHECR и одновременное обнаружение гравитационных волн и нейтрино могут стать ключевыми доказательствами.