Учёные до сих пор пытаются определить источник одной из самых энергичных частиц, когда-либо зарегистрированных на Земле. Частица «Аматэрасу», названная в честь японской богини Солнца, была впервые зафиксирована в 2021 году и обладает энергией в 40 миллионов раз превышающей энергию частиц, ускоряемых в Большом адронном коллайдере (LHC).

«Аматэрасу» относится к космическим лучам — заряженным частицам, движущимся в космосе со скоростью, близкой к скорости света. Это вторая по энергии космическая частица, зарегистрированная после частицы "Oh-My-God", обнаруженной в 1991 году. Энергия частицы "Oh-My-God" оценивалась примерно в 3,2 × 1020 эВ, что примерно в миллион раз больше энергии частиц, достигаемой на Большом адронном коллайдере. Такие частицы крайне редки, поэтому учёные стремятся понять их происхождение, которое, как считается, связано с остатками взрывов сверхновых и центральными областями галактик, где находятся сверхмассивные чёрные дыры.

Загадку «Аматэрасу» усугубляет тот факт, что, по-видимому, она возникла из «Местной Пустоты» — области, практически лишённой галактик и экстремальных условий, которые считаются «фабриками» высокоэнергетических космических лучей.

Франческа Капель и Надин Бурриш, исследователи из Института физики Макса Планка, предложили альтернативную гипотезу. Они считают, что источник «Аматэрасу» может находиться не в «Местной Пустоте», а в относительно близких космических окрестностях.

«Наши результаты показывают, что частица, скорее всего, была произведена в близлежащей галактике с активным звездообразованием, такой как M82, а не в области с низкой плотностью, такой как Местная Пустота», — заявила Бурриш. M82 (Мессье 82, NGC 3034) — галактика в созвездии Большая Медведица, удалённая от Земли примерно на 12 миллионов световых лет. Она характеризуется исключительно высокой скоростью звездообразования.

К своим выводам учёные пришли, используя новый подход анализа данных, который позволил отследить возможный путь «Аматэрасу». Команда рассмотрела траекторию космического луча под воздействием магнитных полей, используя статистический метод в трёх измерениях (Approximate Bayesian Computation).

«Этот подход сравнивает результаты реалистичных симуляций, основанных на физических законах, с фактическими данными наблюдений, чтобы определить наиболее вероятные места происхождения», — объяснила Бурриш.

Результатом анализа стал набор «карт вероятности», указывающих на возможные точки происхождения «Аматэрасу» за пределами Местной Пустоты. Исследование имеет значение не только для понимания происхождения этой необычной частицы. Полученные данные помогут точнее определить, какие мощные и бурные космические события являются «фабриками» высокоэнергетических космических лучей.

«Исследование космических лучей сверхвысоких энергий помогает нам лучше понять, как Вселенная может ускорять материю до таких энергий, а также выявить среды, в которых мы можем изучать поведение материи в таких экстремальных условиях. Наша цель — разработать передовые методы статистического анализа, чтобы в полной мере использовать доступные данные и получить более глубокое понимание возможных источников этих энергичных частиц», — заявила Капель.