Продолжается работа над интерпретацией необычного события, зарегистрированного 27 мая 2021 года международной коллаборацией Telescope Array 1. Заряженная частица с почти рекордной энергией породила широкий атмосферный ливень, он был изучен сетью детекторов в пустынной части американского штата Юта, и выяснилось, что первичная частица пришла как бы из пустоты, из Местного войда. Статья в журнале Science с описанием этого феномена и с его предварительным анализом появилась в ноябре 2023 года, наделав много шума как в научном сообществе, так и в СМИ, позже эта тема фигурировала во многих списках важнейших научных открытий года 2. Важную роль в физической интерпретации результатов наблюдений сыграли ученые из Института ядерных исследований РАН. Новая статья на эту тему одного из первооткрывателей, канд. физ.-мат. наук Михаила Кузнецова из лаборатории обработки больших данных ИЯИ РАН, была недавно опубликована в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 3. Это исследование выполнено при поддержке РНФ. Предлагаем вашему вниманию беседу с Михаилом Кузнецовым о том, что нового на текущий момент удалось выяснить о «частице Аматэрасу» (как ее окрестили в прессе) и не перестала ли она быть столь уж загадочной 4.
— Это открытие включают в число важнейших научных достижений года. Чем же эта частица так уникальна? Ведь она не самая рекордная, она интригует прежде всего чем-то другим?
— Ну, во-первых, она достаточно высокоэнергичная. Это частица с самой высокой энергией за последние три десятка лет и вторая за всю историю наблюдений. Нужно, впрочем, понимать, что эти числа воспринимаются с определенной долей условности, потому что у каждого эксперимента свой метод реконструкции этой энергии.
— Всё восстанавливается из тех миллиардов частиц, что в широком атмосферном ливне, который порожден первоначальной частицей?
— Совершенно верно. Это как бы обратная задача решается: найти по следу, кто же его оставил. Если статью посмотреть, то там написано, что энергия равна 244±29 эксаэлектронвольтам (2,44×1020 эВ) и еще систематическая неопределенность плюс 51 минус 76. То есть довольно большой разброс.
До этого долгое время рекордсменкой была знаменитая частица Oh-My-God («О Боже мой!») с энергией 320±90 ЭэВ, зарегистрированная вечером 15 октября 1991 года на испытательном полигоне Дагвэй в том же штате Юта с помощью установки-предшественницы Telescope Array — детектора космических лучей Fly’s Eye («Глаз мухи»). Но этот результат считался несколько «подозрительным». Скепсис у исследователей вызывало то, что та частица оставалась поистине уникальной, ее рекорд формально не побит до сих пор, несмотря на то, что современные эксперименты в целом регистрируют в десятки раз больше космических лучей в этом диапазоне энергий, чем эксперимент Fly’s Eye, и то, что в смысле определения направления там была довольно большая ошибка — десятки градусов. Кроме того, направление прихода частицы Oh-My-God было измерено с большой неопределенностью, что затрудняло ее астрофизическую интерпретацию. Поэтому новая частица-рекордсменка интересна еще и тем, что зарегистрирована уже на другой установке и с более точно определенным направлением.
Хотя и история Oh-My-God всё еще интересна, я сам специально проделал такое упражнение: взял ту частицу и ту экспозицию, которую та установка (Fly’s Eye) имела тогда. Это всё написано в статьях, документировано. Я посмотрел, какая вероятность была ее обнаружить, если бы спектр был такой, про который мы сейчас уже знаем, — распределение всех частиц по энергиям в целом. Так вот: оказалось, что вероятность регистрации не исчезающе маленькая. Меня это очень удивило. Я думал, что это будут какие-то доли процента, а оказалось, что это порядка 5%. А 5% считаются довольно-таки большой вероятностью. Это вероятность того, что та частица — Oh-My-God — действительно имеет такую энергию. То есть если спектр такой, как мы сейчас знаем, то велика вероятность получить частицу с такой энергией, как они тогда видели, имея ту экспозицию. И эта вероятность оказалась приличной. Меня это очень удивило, но я про эту идею писать не стал, потому что это, знаете, такой побочный немножко сюжет. Тем не менее, в принципе, можно условно считать, что та частица была самая высокоэнергичная, хотя на самом деле это всё происходило в те времена, когда была не такая уж и большая достоверность регистрации.
— А ведь еще 10–20 событий было зарегистрировано с чуть меньшей энергией, где-то на порядок или в пределах порядка? Ну, это если говорить про текущую ситуацию и про установку Telescope Array. От Обсерватории Пьера Оже в Аргентине (Pierre Auger Observatory) туда тоже что-то добавили?
— Вот у них, как я уже говорил, таких частиц мало, выше 100 ЭэВ там буквально единицы, а у нас двадцать с лишним, может быть. Это при том, что у них больше экспозиция в несколько раз, чем наша, в 4–5–6 раз больше. Тем не менее они не видят таких частиц, и в этом также состоит, так скажем, парадокс, который мы в числе прочих пытаемся разрешить.
— А детекторы у вас в чем-то схожи?
— Нет-нет, детекторы разные, конечно. Я поэтому и говорю, что у Обсерватории Оже другой способ реконструкции энергии, у них другие детекторы, которые иначе всё видят. Ну, тем не менее образована рабочая группа, объединяющая участников двух этих экспериментов, которая временами собирается, это всё обсуждает, пытается выяснить и разобраться: давайте такой параметр реконструкции обсудим, давайте другой обсудим. Цель — прийти к какому-то консенсусу. Это всё с десяток лет обсуждается, но до сих пор полный консенсус не достигнут.
— А у вас детекторы — это прежде всего наземные, регистрирующие сами заряженные частицы, мюоны и электроны?
— Не только мюоны и электроны. Там есть мюонная компонента, есть электроны, позитроны и адроны. Ну и гамма-кванты, конечно.
— Но это уже с помощью дополнительных флуоресцентных детекторов? Как они помогают, они факультативные или работают в группе?
— Там, значит, такая история, немножко запутанная. Вот регистрируется наземная компонента — этими наземными детекторами, сцинтилляторами. И у Оже это также (у них только не сцинтилляторы, а баки с водой, которые регистрируют всё немножко другим методом). Но общий смысл всё равно такой же: это решетка наземных детекторов. И проблема в существующих моделях. Когда мы начинали разговор, мы говорили о том, что необходимо проводить реконструкцию, чтобы понять, какова была первичная частица. И вот это понимание основано на моделях. Вы моделирование на компьютере прогоняете, а потом сравниваете с реальным раскладом. Этот ливень моделируется, даже не ливень, а набор ливней, и всё сравнивается с полученными данными. Моделирование — существенный компонент эксперимента, реконструкция энергии. И это моделирование отнюдь не идеально совпадает с измерениями, там есть расхождения. Модели очень сложные, там содержится вся физика высоких энергий, физика адронов — всё, что на ускорителях изучено. И совпадение не идеально. То есть количество частиц — усредненное, которое реально наблюдается, особенно количество мюонов, — оно больше, чем то, что предсказывают модели. Существенно больше, иногда в два раза, иногда на 50%. Это говорит о том, что если пытаться восстановить энергию только лишь из показаний наземных детекторов, то ошибка будет очень большой. Соответственно, эту проблему нужно как-то решить — установки, содержащие в своем составе только наземные детекторы, выдают энергию с плохой точностью, с очень большой ошибкой.
Чтобы эту проблему решить, и были привлечены эти флуоресцентные детекторы. Вторичные высокоэнергичные частицы, пролетая сквозь атмосферу, ионизируют молекулы азота и кислорода. И эти молекулы начинают флуоресцировать, испускать ультрафиолетовый свет, невидимый невооруженным глазом.
— Но это ведь только ночью, наверное, можно наблюдать?
— Да, разумеется, только ночью, причем не просто ночью, а безлунной ночью, и чтобы еще была хорошая погода, иначе ничего не будет видно. То есть не каждой частице «повезет» попасть в этот промежуток, это максимум 10% всего времени. И вот нашей обсуждаемой высокоэнергичной частице 2021 года не повезло, она была уже на рассвете. Соответственно, ее видели только наземные детекторы. Тем не менее флуоресцентные телескопы менее подвержены ошибке, связанной с моделями, с моделированием. Там это тоже есть, но не так явно выражено. Потому что эта ошибка связана в основном с мюонами, т. е. мюоны плохо моделируются, но в этом флуоресцентном излучении мюоны как бы особого участия не принимают, а ионизированные молекулы воздуха, соответственно, дают меньше ошибок, связанных с моделированием. Таким образом, если вы возьмете набор событий, зарегистрированных наземным флуоресцентным детектором, найдете среди них те, которые совпадают с событиями, зарегистрированными сцинтилляторами, то сможете получить так называемый гибрид событий, зарегистрированных двумя способами, и построите функцию соответствия энергий между этими флуоресцентными и сцинтилляционными данными. А имея эту функцию соответствия, вы уже уточните, так сказать, масштаб энергии для наземных детекторов. Вот так это всё и работает.
— Ага, но для нашего случая это тоже оказалось немножко боковым сюжетом, но интересно…
— Нет, не боковым, потому что вся реконструкция энергии, определение энергии любой частицы, хоть этим телескопом, хоть тем, строится с поправкой на эти вот флуоресцентные данные. Эта поправка немаленькая, и она для любой частицы присутствует. Если бы этого не было, то восстановленная энергия была бы еще больше. Но с учетом этой поправки она вот такая. Там поправка порядка 30%. Вот в этом и состоит роль флуоресцентных телескопов.
— То есть это вклад в более точное моделирование, да? Потому что конкретно для обсуждаемой частицы этих данных нет.
— Да-да-да.
— А что-то там говорится про искусственный интеллект? Насколько это серьезно? Обучение какое-то происходит для лучшего моделирования?
— Ну, я бы начал с того, что, как мне кажется, термин «искусственный интеллект» в этом контексте вообще не очень употребим. Сейчас пытаются называть ChatGPT искусственным интеллектом, хотя с этим я тоже не очень согласен. Но у нас это как бы еще примитивнее. То есть я бы говорил скорее о машинном обучении. Это просто какие-то нейронные сети, которые как-то обучаются на этих вот смоделированных ливнях.
Но в данном случае мы это практически не применяли. Единственное, что мы сделали (хотя это немаловажно для нашей задачи), — это с помощью машинного обучения исключили, что наша первичная частица может представлять собой фотон. Фотон мы исключили с высокой степенью достоверности. С точностью 99,9% это не фотон. Фотонный ливень очень сильно отличается от адронного, там в основном летят гамма-кванты. В адронном гораздо больше мюонов, рождающихся из адронных струй, а фотонный состоит в основном из электронов, позитронов и гамма-квантов.
— А какой там вклад с российской стороны и других стран, это всё параллельно во многом делается или какое-то распределение обязанностей есть: т. е. какая-то часть коллаборации занимается одними делами, какая-то — другими? Или всё в принципе параллельно, перепроверяя друг друга?
— Ну, что-то делается параллельно, какие-то части анализа делаются отдельными группами индивидуально. Чаще всего статья, если говорить об организационной стороне, пишется какой-то отдельной группой, а остальные участники ее рецензируют, т. е. читают, задают вопросы, какие-то комментарии дают, поправки. Но в данном случае это была более коллегиальная работа, хотя часть технической работы проделана японской группой — по реконструкции, по определению энергии, по определению направления методом Монте-Карло — это всё они проделывали.
— И они, как я понимаю, — именно японская сторона — первоначально это самое событие обнаружили среди данных?
— Да-да, это наш коллега Тосихиро Фудзии (Toshihiro Fujii). Он просто занимается на постоянной основе реконструкцией событий — т. е. когда новая порция данных приходит, он проделывает реконструкцию, начиная с самых базовых вещей и до определения энергии и направления частиц. Выполняя эту рутинную работу в очередной раз, он обнаружил, что среди данных есть такое вот событие с неожиданно большой энергией, ну и нам всем об этом сообщил. Сказал: вот, смотрите, какая интересная частица, давайте это обсуждать. Мы начали обсуждать и решили, что это заслуживает как минимум публикации. Но просто сказать, что это частица с рекордной энергией, недостаточно. Да, это как бы рекорд, но у нас же не Олимпийские игры все-таки, нам надо из этого еще какой-то научный смысл извлечь. И научный смысл появился довольно неожиданно, когда мы стали смотреть, откуда эта частица, каково ее направление прихода, сравнили это с моделью ожидаемых источников, которые расположены где-то вне Галактики. Оказалось, что ничего нет там, в этом месте. Это было очень любопытно и неожиданно: ожидалось, что, наоборот, при больших энергиях корреляция с источниками будет усиливаться, потому что есть ведь галактическое магнитное поле. Низкоэнергичные частицы сильно отклоняются этим магнитным полем и утрачивают свое прежнее направление. Но чем выше энергия частицы, тем отклонение меньше. И раньше была надежда на появление принципиально новой астрономии космических лучей — в том смысле, что такие высокоэнергичные частицы будут указывать на место своего появления. Как в обычной астрономии: вы свет видите — значит, там звезда. Здесь была надежда, что это произойдет с возрастанием энергии. Но вот данная частица эту надежду совершенно не оправдывает. Она не указывает ни на какой источник, там вообще ничего нет. То есть она ведет себя так, как если бы имело место очень большое отклонение ее траектории от источника.
— В общем, появилась загадка, пока еще окончательно не решенная, и как всякая загадка она будоражит воображение специалистов и широкой публики. Мы говорили про публикацию ноябрьскую в Science, когда было объявлено о регистрации этой частицы. А ваша новая работа, стало быть, посвящена дальнейшему анализу свойств и происхождения частицы. И что в результате принципиально нового удалось узнать в этом смысле? В вашей работе сказано, что источник находится не далее 5 Мпс. То, что это не фотон, а заряженная частица, было указано уже в публикации Science, но там не было с уверенностью написано, протон ли это или ядро, и какое именно ядро. А вам удалось вроде бы это уточнить? Причем у вас написано, что там, скорее всего, ядро железа. Это тоже результаты моделирования?
— Да, я могу это объяснить подробнее. В статье Science было примерно намечено, что отклонение от ожидаемых источников большое, значит, скорее всего, это не протон. И расстояние до предполагаемого источника было рассчитано и для того, и для другого случая, т. е. исходя из того, что это может быть протон, и исходя из того, что это может быть железо, — это два предельных случая, ведь частиц тяжелее железа мы не ожидаем, это уже некая экзотика, так как таких ядер в целом очень мало во Вселенной.
Но я не утверждаю на 100%, что это ядро железа. В моей статье я ставил целью прежде всего понять, где находится источник, насколько он к нам близко. При этом чем выше энергия, тем источник должен быть ближе, потому что чем выше энергия, тем меньше длина свободного пробега этой частицы, она рассеивается на реликтовом излучении. Это собственно и есть эффект Грайзена — Зацепина — Кузьмина (ГЗК) в области предельно высоких энергий. Соответственно, можно предположить, что при такой огромной энергии источник должен быть где-то совсем рядом (по космическим меркам), где-то в нашей внегалактической окрестности. Расстояние свободного пробега существенно разное для протонов и для ядер (для протонов оно все-таки побольше, для ядер — совсем маленькое). Для промежуточных ядер (между протоном и железом) оно самое маленькое, где-то один-два мегапарсека, это, условно говоря, расстояние до галактики Андромеды. Почему так? Промежуточные ядра пролетают меньше, чем железо, грубо говоря, потому что они более «рыхлые», их легко «расколоть», железо тверже, там энергия связи большая, его сложно расколоть. Ну и протон тоже более «твердый». Таким образом, моя задача состояла в том, чтобы прежде всего доказать, что это не протон, — тогда расстояние будет маленьким. И это действительно не протон — даже предполагая наибольшие возможные космические магнитные поля, не удается для протона заработать такое отклонение. Второе — нужно взять ядро, которое имеет наибольшую длину пробега. То есть если я хочу ограничить расстояние сверху — показать, что это расстояние не больше такого-то значения, — я должен брать самый консервативный случай, а именно ядро, для которого это расстояние максимальное. И таким ядром является железо. Для него такое отклонение уже вполне возможно. А все промежуточные ядра не то, что твердо исключаются (в принципе, это могут быть и промежуточные ядра — не знаю, кремний, кальций…) — просто для них это ограничение на расстояние до источника будет еще более жестким. То есть источник должен будет находиться еще ближе. Но даже если мы предположим, что это железо, то получается всего 5 Мпс.
Сделать это должен был помочь как раз анализ корреляции частицы с возможными внегалактическими источниками, т. е. с другими галактиками в нашей внегалактической окрестности (мы, конечно, предполагаем что частицы летят из тех мест, где есть какая-то материя, которая могла бы их ускорить тем или иным способом, и оставляем экзотические сценарии вроде космических струн за бортом). Простыми словами: если, предполагая протон, никак не удается получить корреляцию с источниками — значит, это не протон. Это была непростая задача. Во-первых, нужно было рассмотреть разные модели галактического магнитного поля. Для него сейчас плохо известны направление и его зависимость от точки внутри Галактики, но, по крайней мере, интенсивность известна с точностью до нескольких раз: это в среднем примерно 3 мкГс. Во-вторых, нужно было учесть возможность наличия внегалактического магнитного поля — т. е. поля, пронизывающего всю Вселенную. Его существование сейчас надежно установлено5 (что само по себе нетривиальный факт!), но ни величина, ни морфология достоверно не известны — возможные значения интенсивности могут различаться в сто миллионов раз — от десятков аГс (10–17 Гс) до примерно 2 нГс (2×10–9 Гс)6. В любом случае оно много слабее, чем поле в Галактике, но за счет больших внегалактических расстояний в итоге может набираться значительное отклонение космических лучей. Так вот, самым сложным был бы сценарий, где внегалактическое поле максимально возможное, в источнике излучается ядро, оно сильно отклоняется во внегалактическом поле, а потом от него откалывается кусочек — протон (за счет рассеяния, ГЗК-процесса), который уже в одиночестве добирается до Земли, преодолев гораздо большее расстояние, чем исходное ядро. В итоге мы получаем сильное отклонение, но при этом и большое расстояние до источника. Но даже такой сценарий удалось исключить — чтобы была хотя бы минимальная корреляция с источниками, к нам должно прилетать именно ядро.
— Выходит, вы все-таки ищете что-то более-менее подходящее в пределах этих 5 Мпс и рассматриваете разные сценарии рождения частицы? И пытаетесь очертить какую-то зону при отклонении в пределах, скажем, 10°?
— Ну, собственно, пока до сих пор толком не ясно, что именно порождает подобные частицы, обычно, если не брать экзотику, рассматриваются самые мощные объекты типа сверхмассивных черных дыр. Но смысл работы был не в том, чтобы найти источник для этой конкретной частицы. Мне кажется, что этот вопрос и не очень научный, потому что мы должны устанавливать какие-то универсальные закономерности. Интересно понять какую-то универсальную закономерность, какие источники в принципе их порождают. С учетом статистической неопределенности расстояние в 5 Мпк соответствует концентрации источников не менее 1 на 10 тыс. Мпк3.
— А какие типы источников наиболее вероятны, что сейчас рассматривается? Ну, собственно, как я понимаю, центральная сверхмассивная черная дыра в галактиках или что-то еще?
— Да, в работе приведена вот эта картинка, на которой астрофизики отметили, какие классы источников имеют подходящую концентрацию в пространстве и подходящую светимость.
Диагональная сплошная линия показывает светимость (в гамма-диапазоне) одного источника, необходимую, чтобы обеспечить наблюдаемый полный поток космических лучей ультравысоких энергий. При этом предполагается, что светимость источника в космических лучах равна его гамма-светимости, или, по крайней мере, отличается от нее не более, чем на порядок, в большую или меньшую сторону: это пространство между пунктирной и точечно-пунктирной линиями. Среди подходящих источников активные ядра галактик, т. е. сверхмассивные черные дыры, на которые идет аккреция; тут и блазары, которые такие же аккрецирующие ядра, только еще и с джетом в нашу сторону. Есть еще скопления галактик, т. е. какие-то относительно компактные объекты, где много галактик, — там может быть какой-то горячий газ, в нем ударные волны, — это тоже потенциальный источник. Указаны и галактики со вспышками звездообразования. Это тоже история про ударные волны, только в меньшем объеме. Есть и то, что называется Jetted TDE, т. е. Tidal Disruption Event, событие приливного разрушения. Это если, допустим, звезда летит около сверхмассивной черной дыры и в какой-то момент под действием ее тяготения разрушается и во все стороны разлетаются потоки, которые могут рассматриваться в том числе и как ускорители частиц.
Всё это разные астрофизические сценарии, они здесь нанесены на этом графике, исходя из своих теоретических параметров. Рассматривается в том числе и интересный такой сценарий с магнитарами. Магнитары — это нейтронные звезды с очень сильным магнитным полем, которые иногда испускают вспышки рентгеновского и гамма-излучения, т. е. это маленькие компактные объекты. Магнитары есть в нашей галактике, ну и в других галактиках они тоже есть, но на картинке видно, что они не очень-то хорошо во всё это вписываются, лежат где-то на самом краю графика и, вообще говоря, светимости им недостает. То есть они способны порождать отдельные достаточно высокоэнергичные частицы, но вряд ли весь их наблюдаемый поток. И вот на этом графике я закрываю некоторую область концентраций источников. Это в пять раз более сильные ограничения, чем предыдущие, которые давали наблюдения Обсерватории Пьера Оже7.
И, получается, некоторые классы источников достаточно надежно исключаются в качестве основного источника космических лучей: галактики со вспышками звездообразования, например, скопления галактик, блазары, эти вот события приливного разрушения — они все, оказывается, не могут быть источниками полного потока космических лучей, только какой-то маленькой его части. А другие классы остаются разрешенными. Скажем, определенный тип активных ядер галактик — FR-I так называемый (я не буду вдаваться здесь в астрономические подробности). Ядра галактик с низкой светимостью — вполне могут. Гиперновые. Или гамма-всплески — в принципе, они тоже кандидаты на роль источников таких космических лучей.
— Ну и, наверное, поговорим про перспективы: что еще можно сделать на основе уже имеющихся данных, чего еще ждать от установки Telescope Array, что вы сами планируете?
— Ну, во-первых, есть еще одна отдельная работа — от коллаборации Telescope Array, — которую мы тоже вскоре надеемся опубликовать, она сейчас рецензируется. Там мы, исходя из такого же метода отклонения, оцениваем, какие частицы сверхвысоких энергий обычно рождаются. То есть сейчас мы говорили про конкретное событие и сказали, что это ядро. Но возникает вопрос: какой у нас при таких-то энергиях в среднем заряд, какой это тип частиц? Там довольно интересно получается, я сейчас пока не буду об этом, а когда та статья выйдет, может быть, еще раз поговорим. Но это перспективно, и есть еще другие перспективы, более далеко идущие: можно было бы почти тем же методом, как бы вывернутым наизнанку, что-то новое выяснить. Скажем, вот мы знаем, какой там тип регистрируемых частиц, — это нам говорит флуоресцентный детектор. Но до сих пор мы это знание никак не использовали, а в принципе мы можем посмотреть всё и для чуть более низкоэнергичных частиц, и для самых высокоэнергичных. Последние, правда, пока не попадали в поле зрения флуоресцентных детекторов, но для меньших энергий они что-то нам говорят про тип частицы. И они говорят, что это не очень тяжелые частицы — либо протоны, либо что-то среднее, азот какой-нибудь. И, в принципе, используя это знание и знание об отклонениях, можно пытаться наложить ограничения, наоборот, на внегалактическое магнитное поле. Можно сказать, что оно не меньше такого-то значения. Допустим, отклонения большие, а заряд не очень большой — значит, поле должно быть сильное.
Таким образом, его можно ограничить снизу. Это было бы очень интересно тоже. Потому что, как я уже говорил, про внегалактическое магнитное поле сейчас знание такое очень слабое. То есть одна из идей понятна: есть набор этих частиц, которые, в частности, зарегистрировал Telescope Array, можно привлечь эти данные и таким образом расширить эту базу знаний, сделать какие-то выводы.
— А вроде бы еще был такой момент лет десять назад: рассматривался какой-то ряд высокоэнергичных событий, зарегистрированных Telescope Array, и по данным об их траекториях выходило, что они укладываются более-менее в 20-градусной зоне по направлению на созвездие Большой Медведицы. Это уже как-то «рассосалось» или еще актуально?
— Да-да, совершенно верно, десять лет назад действительно была такая статья, это мы в своем обиходе называли «горячее пятно». Действительно, примерно 20-градусного размера. Понятно, что направление на Большую Медведицу не означает, что именно там находится источник. И мы все-таки не думаем, что он расположен в нашей галактике. Нельзя сказать, что эта тема закрыта. Мы продолжаем за этим «горячим пятном» наблюдать, на конференциях регулярно докладываем, какая его значимость. Но пока его значимость остается примерно на том же уровне, то есть резко она не увеличивается. И чтобы сделать окончательный вывод об этом пятне, добиться увеличения статистики, нужно ввести в строй расширение нашего эксперимента, TA×4, провести модернизацию установки, цель которой — увеличение покрываемой площади в четыре раза, таким образом, увеличение в четыре раза статистики. После модернизации нужно будет пронаблюдать пару лет — в любом случае это будет с большой экспозицией. И уже после прояснится этот вопрос с «горячим пятном». А такой установкой, как сейчас, чтобы четко ответить на вопрос, да или нет, нужно еще лет десять наблюдать. Никто эти десять лет ждать не хочет.
— Но обсуждаемая частица ведь в любом случае к этому пятну отношения не имеет?
— Она не из этого пятна, она из другого места, т. е. если это пятно и есть, то оно в любом случае содержит не все подобные частицы. Ну и само оно пребывает в таком пограничном состоянии: может, есть, а может быть, и нет — пока точно не ясно. Ну, будем ждать, значит, результатов после модернизации и дальнейшей обработки данных.
Напоследок еще интересный сюжет, который мы отложили, — про темную материю. Одна из гипотез говорит, что это очень тяжелые частицы, сверхтяжелые, которые иногда распадаются. Если так, то они распадаются очень редко, но распадаются на какие-то известные нам частицы, т. е. на те же самые протоны, электроны и фотоны. Если так, то темная материя в обилии содержится и в нашей галактике, особенно в ее центре. И тогда, если эта гипотеза верна, то из центра Галактики, из области вокруг ее центра, должен исходить поток высокоэнергичных частиц — вот как раз таких, как космические лучи сверхвысоких энергий. И мы бы тогда наблюдали, во-первых, некую анизотропию этого потока в направлении на галактический центр, а во-вторых, практически во всех моделях этой темной материи поток должен состоять в основном из фотонов, из гамма-квантов очень высокой энергии. Мы бы тогда наблюдали, соответственно, какую-то значительную долю таких гамма-квантов. Но ничего из этого мы не видим. Соответственно, можно выставить какие-то ограничения. Можно сказать, что если такая темная материя вообще есть, то время ее жизни очень большое. Но в любом случае обсуждаемая нами «частица Аматэрасу» (самим физикам это название не нравится) не пришла с направления на центр Галактики, и она не фотон. И, соответственно, скорее всего, она не является продуктом распада темной материи.
Вопросы задавал Максим Борисов
1 См. trv-science.ru/2023/11/kak-nam-priletelo-s-neozhidannogo-napravleniya/
elementy.ru/novosti_nauki/434164/Kosmicheskaya_chastitsa_ultravysokoy_energii_prishla_s_neozhidannogo_napravleniya
2 Telescope Array Collaboration. An extremely energetic cosmic ray observed by a surface detector array // Science. 2023. DOI: 10.1126/science.abo5095 (science.org/doi/10.1126/science.abo5095)
3 Kuznetsov M. A nearby source of ultra-high energy cosmic rays. doi.org/10.1088/1475-7516/2024/04/042 (ArXiv:2311.14628).
4 Другие фрагменты этой беседы публиковались в «Коммерсантъ — Наука» (kommersant.ru/doc/6663563)
и в «Поиске» (poisknews.ru/astronomiya/chasticza-amaterasu)
5 Neronov A. & Vovk I. Science 328 (2010) 73
6 Pshirkov M. et al., Phys.Rev.Lett. 116 (2016) 19, 191302
7 Pierre Auger Collaboration, Astrophys.J.Lett. 853 (2018) 2, L29.
Загрузка...