Ein „Bote“ mit Rekordenergie ist auf der Erde angekommen: aufgezeichnet von russischen Wissenschaftlern

Ein kosmisches Teilchen – ein Gammaquant mit einer Rekordenergie von 300 Teraelektronenvolt (300 TeV) – wurde von einer Gruppe von Forschern des Instituts für Kernforschung der Russischen Akademie der Wissenschaften (INR RAS) zusammen mit Wissenschaftlern der Moskauer Staatlichen Universität, benannt nach M.V., aufgezeichnet. Lomonossow. Es stand im Zusammenhang mit dem hellsten jemals registrierten Gammastrahlenausbruch, GRB221009A, einer Supernova-Explosion mehr als zwei Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt.

Wie das russische Ministerium für Bildung und Wissenschaft mitteilte, wurde das Ereignis in der russischen Anlage „Kover-3“ des Baksan-Neutrino-Observatoriums des Instituts für Kernforschung der Russischen Akademie der Wissenschaften registriert. Ein Artikel darüber wurde in der Zeitschrift Physics Review D veröffentlicht.

Es muss gesagt werden, dass jeden Tag viele kosmische Teilchen auf die Erde fliegen: Neutrinos, Protonen, Elektronen, Photonen … Gammaquanten sind genau genommen Photonen mit sehr hoher Energie.

Doch schon vor russischen Wissenschaftlern registrierten Spezialisten des chinesischen Observatoriums LHAASO hochenergetische Gammastrahlung, die von der extragalaktischen Quelle GRB221009A mit einer Energie von 18 TeV ausging. Dies gelang ihnen innerhalb der ersten 2.000 Sekunden der Explosion. Doch 2536 Sekunden später „fanden“ russische Wissenschaftler in der Anlage Carpet-3 in Kabardino-Balkarien ein Gammaquant desselben Ausbruchs mit einer Leistung von 300 TeV! Laut unseren Wissenschaftlern ist dies ein großer Erfolg, mit dem niemand gerechnet hat.

– Wie genau sind die Daten? – Ich frage Nikita Pozdnukhov, einen Doktoranden am Institut für Kernforschung der Russischen Akademie der Wissenschaften, der an der Entdeckung beteiligt war.

- Die Ankunftsrichtung des Ereignisses stimmt genau mit der Richtung des Gammastrahlenausbruchs überein. Wir können sagen, dass wir dem erzielten Ergebnis zu 99 Prozent vertrauen.

- Warum haben Sie kein Photon mit einer solchen Energie erwartet?

- Tatsache ist, dass verschiedene Partikel zur Erde fliegen und manchmal diesen Indikator überschreiten, aber hier sprechen wir speziell von Gammaquanten (Einheiten kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung). Darüber hinaus kam er aus einer Region des Universums, aus der ihn niemand erwartet hatte. Tatsache ist, dass hochenergetische Teilchen, die aus großer Entfernung, aus weit entfernten Galaxien, auf uns zufliegen, bei der Wechselwirkung mit der Mikrowellenstrahlung im Hintergrund Energie verlieren sollten. Daher müsste ein solches Gammaquant auf seinem Weg den Großteil seiner Energie „verloren“ haben. Dieser Effekt wurde 1966 von den sowjetischen Wissenschaftlern Georgi Zatsepin und Vadim Kuzmin und unabhängig davon vom Amerikaner Kenneth Greisen beschrieben. Es stellt sich heraus, dass unser Teilchen entweder aus einer geringeren Entfernung kam oder dass es einen unbekannten Mechanismus gibt, der es uns ermöglicht, diese Grenze zu umgehen.

- Vielleicht erfolgte die Landung also aus geringerer Entfernung?

– Natürlich besteht eine solche Möglichkeit weiterhin, aber LHAASO-Beobachtungen lassen sich auch auf herkömmliche Weise nur schwer erklären. Aber sie kamen auch aus derselben Richtung und zur selben Zeit wie der Gammastrahlenausbruch! Und es gibt keine anderen Kandidaten als Quellen. Aus diesem Grund entstand die Idee, moderne Vorstellungen über die Ausbreitung von Strahlung im Universum zu revidieren.

– Werden ähnliche Gammaquanten auf der Erde erzeugt?

– Auf der Erde stammt Gammastrahlung aus radioaktiven Materialien oder wird in Kernreaktoren erzeugt, aber die Leistung dieser Quellen ist sehr gering. Beispielsweise beträgt die maximale Energie von Protonen am Large Hadron Collider etwa 14 TeV, und die Energie der dort erzeugten Gammaquanten ist sogar noch geringer. Es ist nicht vergleichbar mit den kosmischen Partikeln, die aus dem Weltraum zu uns fliegen, insbesondere nicht mit dem, von dem wir sprechen. Dabei handelt es sich um elektromagnetische Strahlung mit extrem hoher Energie.

– Was kann uns Erdenbewohnern das Wissen über solche Energien geben?

– Wie ich bereits sagte, wird uns dieses Ereignis helfen, alte Vorstellungen über Hochenergieereignisse zu überdenken, in den Energiebereich zu blicken, der auf der Erde noch sehr, sehr weit entfernt ist, und vielleicht etwas Neues über die Physik bei so hohen Energien zu lernen.

Mit welchem ​​Aufbau haben Sie das beispiellose Photon registriert?

Dabei handelt es sich um eine Anordnung von bodengestützten Detektoren, die in Form eines Teppichs über eine große Fläche verteilt sind. Tatsache ist, dass Gammaquanten uns nicht direkt erreichen: Sobald sie die Erdatmosphäre erreicht haben, kollidieren sie mit atmosphärischen Partikeln und erzeugen so eine Partikelkaskade, die die Erdoberfläche erreicht. Dies wird von irdischen Installationen wie Carpet-3 registriert.

– Das heißt, das Rekord-Gammaquant wurde indirekt nachgewiesen?

- Natürlich wurde seine Energie durch ein komplexes Rekonstruktionsverfahren auf Grundlage des Bodenabdrucks der Kaskade gewonnen. Dabei handelt es sich um ein Großprojekt einer ganzen Gruppe von Wissenschaftlern, das komplexe experimentelle Arbeiten und Computermodelle umfasst.