CERN의 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider)에 의해 가속된 입자보다 약 36만 배 더 큰 에너지를 가진 우주선 입자가 감지되었습니다. 244 EeV의 이 입자는 지금까지 관측된 입자 중 가장 강력한 입자 중 하나이며 2021년 유타의 망원경 배열(Telescope Array)에 의해 발견되었습니다. 초고에너지 우주선(UHECR)은 아마도 격렬한 천체물리학적 과정에 의해 생성되었을 가능성이 있지만, 연구자들은 그 기원을 추적할 수 없었습니다.

연구자들은 입자에 일본 신화에 나오는 태양의 여신인 아마테라스(Amaterasu)라는 이름을 붙였습니다. UHECR의 현재 에너지 기록은 320 EeV이며, 이는 1991년 유타에서 망원경 배열(Telescope Array)의 전신에 의해 감지된 "오마이갓(Oh-My-God)" 입자에 의해 유지됩니다.

UHECR은 1 EeV(10¹⁸ eV). 은하수 외부에서 오는 것처럼 보이지만, 지구에서는 관찰하기가 어렵기 때문에 그 기원에 대해서는 아직 잘 알려져 있지 않습니다.

우주적 단절

UHECR의 기원을 찾는 과정에서 천문학자들은 Greisen-Zatsepin-Kuzmin(GZK) 컷오프라는 현상으로부터 이익을 얻습니다. 이는 약 60EeV 이상의 에너지를 가진 UHECR이 우주를 여행할 때 우주 마이크로파 배경과 상호 작용하여 이동하면서 에너지를 잃기 때문에 발생합니다. 이는 이러한 더 높은 에너지를 갖는 입자가 지구에 도달하기 전에 약 300억 광년 이상 더 멀리 이동할 수 없다는 것을 의미합니다.

이러한 컷오프에도 불구하고, 아마테라스를 발견한 국제팀 에 따르면 입자의 기원에 대해 더 현명하지 않습니다. 후지이 토시히로 망원경 배열 데이터에서 UHECR의 증거를 최초로 발견한 일본 오사카 메트로폴리탄 대학교의 교수입니다.

“우리는 이 새로운 미스터리를 발견했습니다.”라고 그는 입자가 알려진 어떤 천체물리학적 물체와도 상관관계가 없다는 점을 지적하면서 말했습니다. 일기에 글을 쓰다 과학, 팀은 아마테라스의 몇 가지 가능한 기원을 제안합니다.

유명

GZK 컷오프 내부를 살펴보고 입자가 은하수의 자기장에 의해 방향이 바뀌었다고 가정하면, 가능한 기원 중 하나는 은하 NGC 6946입니다. 이것은 약 25만 광년 떨어져 있으며 엄청난 별 형성과 수많은 초신성으로 알려져 있습니다. 그러나 천문학자들은 은하계에서 나오는 감마선이나 X선을 관찰한 적이 없습니다. 이 방사선을 관찰하면 UHECR을 가속할 수 있는 천체물리학적 물체가 존재한다는 것을 암시할 수 있습니다. 아마테라스는 또한 은하 밀도가 비정상적으로 낮은 근처 지역인 국부공동(Local Void)에서도 추적될 수 있습니다. 그러나 역시 소스로 식별할 수 있는 개체는 없습니다.

팀에 따르면 또 다른 가능성은 표준 모델을 넘어서는 입자 물리학에 대한 우리의 불완전한 이해가 아마테라스가 GZK 컷오프에서 허용하는 것보다 더 멀리 이동했다는 것을 의미할 수 있다는 것입니다. 만약 그렇다면, UHECR의 기원이 너무 멀리 떨어져 있어서 전자기 방출을 감지할 수 없을 수도 있습니다.

Fujii에 따르면 아마테라스의 가장 특이한 발생원은 UHECR을 방출하지만 다른 방사선은 방출하지 않는 가상의 물체인 "암흑 가속기"입니다.

발견과 추측에도 불구하고, 라파엘 알베스 바티스타, 마드리드 자치대학교의 천체물리학자는 이렇게 말했습니다. 물리 세계 관찰 결과 UHECR에 대해 "새로운 것이 없음"이 밝혀졌습니다.

“나는 표준 모델을 넘어서는 어떤 설명에도 뛰어들지 않겠다는 점에서 보수적입니다.”라고 그는 말합니다. “우리는 실제로 이러한 고에너지 우주선을 생성할 수 있는 천체물리학적 물체를 가지고 있습니다. 우리는 이것이 어떻게 일어나는지, 이 물체가 어디에 있는지, 어떤 물체가 이런 일을 하는지 모릅니다.”

그는 또한 천문학자들이 은하수 외부의 자기장에 대해 매우 잘 이해하지 못하여 역추적을 매우 어렵게 만든다고 지적합니다.

완전한 불확실성

“우리 은하계에서 우리는 [은하 자기장]을 실제로 알지 못하지만 적어도 그것이 특정 범위 내에 있다는 핸들을 가지고 있습니다. 그러나 추가 은하 자기장의 경우에는 완전히 불확실합니다.”라고 Batista는 말했습니다.

Fujii와 Batista는 UHECR의 기원을 이해하기 전에 이러한 희귀 사건에 대한 더 많은 관찰이 필요하다는 데 동의합니다. 또한 은하외 자기장에 대한 우리의 이해를 향상시키는 것도 필요합니다.

이러한 관찰 중 일부는 확실히 망원경 배열(Telescope Array)에 의해 이루어질 것입니다. 북반구 최대 규모의 우주선 탐지기로서 현재 면적의 XNUMX배로 확장 중이다.

오늘날 아마테라스와 같은 입자는 약 15년에 한 번씩 감지되지만 후지이는 망원경 어레이의 개선으로 이를 XNUMX년에 한 번으로 줄일 수 있다고 말합니다.

연구는 다음에 설명되어 있습니다. 과학.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/mysterious-ultrahigh-energy-cosmic-ray-puzzles-astronomers/