Как нам прилетело с неожиданного направления

В ночь на 24 ноября Рунет разразился паническими заголовками про какой-то «таинственный сверхмощный космический луч неизвестной природы», который ударил в Землю.

Наверняка тут не обошлось без воинственных инопланетян или «дефектов в структуре пространства», о чем и не преминули доложить «специалисты». Этот сюжет немедленно автоматически поднялся на самый верх Dzen News (главный российский новостной агрегатор — собственно, бывшие «Яндекс.Новости» — как слишком «токсичный» ресурс в нынешних политических реалиях он в апреле 2022 года был передан холдингу VK ¹).

Вот лишь некоторые наудачу выхваченные заголовки из раздела «Наука»:

Гигантский взрыв в космосе озадачил ученых
В Землю ударил таинственный космический луч, прилетевший из пустоты
Астрономы зафиксировали повторяющиеся вспышки в сто миллиардов раз ярче Солнца
Ученые Telescope Array: луч неизвестной природы подал «сигнал» из космоса
Ученые Telescope Array обнаружили мощный космический луч инопланетян
Сверхмощный космический луч неизвестной природы достиг Земли
Ученые ошеломлены таинственным космическим «лучом»: самым мощным с 1991 года
Пришельцы или новый космический объект?

В общем, несчастные ученые уже вполне привычно «в шоке», не знают, что им делать и как быть, привычно сходят с ума или же занимаются какой-то ненужной ерундой, пугая обывателя…

Лишь самые отчаянные и гениальные из них «выплевывают идеи», например такие: «Это могут быть дефекты в структуре пространства — времени, сталкивающиеся космические струны. Я просто выплевываю сумасшедшие идеи, которые приходят в голову людям, потому что общепринятого объяснения просто нет», — сказал профессор Университета Юты Джон Белз (орфография сохранена).

Казалось бы, уже привычная вакханалия, но есть тут один нюанс: к публикации в солидном журнале Science ² от имени коллаборации Telescope Array, как бы и послужившей поводом для паники и «хайпа», непосредственным образом причастна группа исследователей из Института ядерных исследований РАН, которые, впрочем, предприняли заранее, как им казалось, все необходимые действия, чтобы вовремя известить прессу (под эмбарго), разослать текст со всеми подробностями на русском языке, указать, к кому конкретно следует обратиться за комментариями, что они сами об этом думают и т. д. И да, несколько первых вечерних публикаций действительно были спокойными, более-менее корректными и с упоминанием российских ученых. Но они, естественно, не произвели какого-либо фурора и были вскорости задавлены общей массой ужасных перепечаток, где каждый очередной «новостник» старался раскрасить картину всё более потрясающими красками. Провести перед своей публикацией нормальный поиск в том же новостном агрегаторе почти никто не удосуживался (нет времени, нужно торопиться выдать на-гора как можно больше диких новостей, которые требует начальство).

Более того — этот вал шел как раз и через издания, куда (через ответственных знакомых людей) посылался текст на русском, контакты, более ранний пресс-релиз на английском, набор иллюстраций и сам PDF с предварительно сверстанной научной статьей — под эмбарго, естественно. Отвечали, обещали передать, но заинтересовались не все. А ночью «просыпается мафия» — приходят какие-то совсем ничего не знающие люди, которые быстро пишут что-то этакое, что обязано принести изданию трафик — и почти неважно, каким именно способом они этого добиваются. Даже в тех изданиях, где с самого начала появились инспирированные институтом нормальные новости, через какое-то время-таки опубликовали и «сенсацию» со ссылками на других, проигнорировав своих же собственных коллег.

Вот образцы «нового просветительства»: «На протяжении нескольких месяцев из далекой галактики поступали мощные импульсы электромагнитного излучения. Механизм образования такого огромного количества энергии во Вселенной неизвестен» (это на самом деле была одна заряженная частица или ядро атома, событие однократное, частица (вернее, широкий атмосферный ливень, вызванный ею) зарегистрирована утром 27 мая 2021 года; ну а каковы самые масштабные и энергоемкие процессы во Вселенной, в принципе, известно, хотя с этой частице, конечно, не всё так просто).

«Исследователи опубликовали статью, в которой отмечается, что частицы, получившие имя «Аматерасу» в честь японской богини солнца, могут следовать неизвестным законам элементарных частиц» (без комментариев).

Тут следует всё же признаться, что в «хайпе» повинны-таки ученые. Не наши, а американские, которые опубликовали довольно-таки провокационный пресс-релиз ³, который затем дополнительно исказили «переводами» из России (а наши ученые, наоборот, опасливо старались вымарать всякое упоминание о «божественных частицах» и той же «богине синтоистского пантеона Аматэрасу», чтобы лишний раз не провоцировать журналистов на какие-нибудь фантазии и кричащие заголовки). Там было излишне «сенсационное» начало, ну а затем, действительно, шли вполне вменяемые подробности, до которых мало кто добирался. И никто, разумеется, не пытался хотя бы для контроля взглянуть на оригинальную работу (которая, впрочем, была из-за какого-то технического сбоя недоступна на сайте Science).

«Теоретически — космические лучи не должны быть столь мощными. Ученые успокоили. По их мнению, оба залпа не стали разрушительными для Земли. Потоки рассеялись, не причинив вреда», — а это уже из следующей «волны хайпа» на следующий день, когда те же издания, ощутив, что народ новым неизвестным явлением заинтересовался и даже взволнован (хотя что волноваться? — космические лучи вполне могут быть и «столь мощными» — ведь КЛ ультравысоких энергий изредка, да регистрируют некоторые установки, и «новая» частица даже не абсолютная рекордсменка… а если спуститься меньше, чем на порядок, то таких событий накоплено уже в районе сотни за всю историю наблюдений), так вот, журналисты в изданиях обратились к каким-то дежурным специалистам, так или иначе связанным с космосом (в частности, из ИКИ РАН), которые, разумеется, «успокоили», но не стали сильно вдаваться в саму новую работу.

И только уже после этого и после укоризненных писем в информагентствах и редакциях вспомнили-таки про присланные накануне материалы, признали их дельными и пустили в ход (но, разумеется, без того успеха, что сопутствовал ранее «инопланетянам»).

* * *

Где можно всё-таки найти достоверную информацию об этом исследовании? Скажем, можно обратиться к интервью члена международной команды, совершившей открытие, сотрудника ИЯИ РАН Михаила Кузнецова на RTVi ⁴. Или вот заметка на «Элементах»: «Космическая частица ультравысокой энергии пришла с неожиданного направления» ⁵.

Само событие произошло 27 мая 2021 года — заряженная частица (или даже ядро атома) с чрезвычайно высокой энергией (2,44 × 10²⁰ электронвольт) была зарегистрирована установкой Telescope Array ⁶, расположенной в пустынной части американского штата Юта. Решающую роль в физической интерпретации обнаруженного в эксперименте рекордного события сыграли ученые из Института ядерных исследований РАН. Результаты исследования опубликованы в свежем выпуске журнала Science ⁷ от 24 ноября 2023 года от имени международной коллаборации Telescope Array, объединяющей исследователей США, Японии, Южной Кореи, России и Бельгии.

Космические лучи ультравысоких, или предельно высоких энергий (ultrahigh-energy cosmic rays — UHECRs), — это частицы и ядра атомов с энергией свыше одного эксаэлектронвольта (10¹⁸ эВ), что примерно в миллион раз превосходит энергию, достижимую на рукотворных ускорителях вроде Большого адронного коллайдера. Считается, что их происхождение связано с самыми масштабными и энергоемкими процессами во Вселенной — гамма-всплесками, релятивистскими струями-джетами и потоками, порождаемыми сверхмассивными черными дырами в центрах активных галактических ядер и др. События с такими энергиями интересны прежде всего тем, что из-за своей рекордной энергии отклоняются космическими магнитными полями всего на несколько градусов и, по всей видимости, приходят к нам из-за пределов Галактики, поэтому могут служить принципиально новым каналом получения информации о внегалактических объектах. Источники таких высокоэнергичных частиц, вторгающихся в земную атмосферу, не могут располагаться на расстояниях более 50–100 Мпк от Земли. Долететь с бо́льших расстояний им мешает так называемый эффект ГЗК — в результате взаимодействия с космическим микроволновым фоном частицы с энергией выше 5 × 10¹⁹ эВ не успевают без потерь пройти через межгалактическую среду. Этот предел Грайзена — Зацепина — Кузьмина был в 1966 году вычислен Георгием Тимофеевичем Зацепиным и Вадимом Алексеевичем Кузьминым ⁸, независимо от них — Кеннетом Грайзеном. По словам Григория Рубцова, заместителя директора ИЯИ РАН, профессора РАН, руководителя российской группы Telescope Array, «сделанное открытие можно, без сомнения, считать логическим продолжением исследований Зацепина и Кузьмина. Сегодня, после того как эффект ГЗК экспериментально подтвержден с высокой степенью достоверности, краеугольным камнем становится наблюдение редких событий с энергиями, существенно превышающими пороговое значение. Даже одно такое событие многое говорит о природе космических лучей».

После того, как событие с рекордной энергией было зарегистрировано, оно подверглось тщательному анализу. Результаты допускают, что частица может быть как протоном, так и ядром атома химического элемента. На втором этапе направление прихода частицы было соотнесено с трехмерной картой внегалактических объектов. Михаил Кузнецов, научный сотрудник той же лаборатории ИЯИ РАН, рассказывает о полученных выводах: «Было установлено, что частица пришла из пустой области в локальной Вселенной, что указывает на ее очень сильное отклонение от источника и, следовательно, на то, что частица с высокой вероятностью является атомным ядром с большим зарядом. Это в свою очередь говорит о том, что ее источник, хотя он и не идентифицирован явно, находится относительно близко к нашей галактике. Дальнейшее исследование этой частицы с использованием компьютерного моделирования ее распространения через Вселенную позволит ограничить круг возможных источников всех космических лучей ультравысоких энергий».

В дальнейшем предполагается продолжить реализацию эксперимента Telescope Array и более детально исследовать источники этих чрезвычайно энергичных частиц в рамках продолжающегося проекта по модернизации установки, получившего наименование TA×4 — с увеличением площади в четыре раза. Используя разработанные в российской группе методы классификации, основанные на машинном обучении, можно будет с повышенной точностью провести анализ типа этих частиц и понять, что же собой представляют космические лучи ультравысоких энергий — протоны ли это или более тяжелые ядра. В рамках многоканальной астрономии такие данные можно объединить с наблюдениями радиоволн, инфракрасных лучей, видимого света, ультрафиолета, рентгеновского и гамма-излучения, нейтрино и гравитационных волн, тем самым расширить наши знания о космической среде — в том числе о размерах, структуре и конфигурации магнитных полей, пронизывающих Вселенную. Комментируя будущее исследований в данном направлении, Сергей Троицкий, главный научный сотрудник отдела теоретической физики ИЯИ РАН, член-корреспондент РАН, отмечает, что «регистрация космических лучей предельно высоких энергий позволяет провести поиск проявлений новых частиц и взаимодействий в ранее недоступных для исследования областях пространства параметров. Подобные модели, связанные прежде всего с нейтринным сектором и с сектором темной материи, могут решить ряд фундаментальных проблем современной физики».

На вопрос про общее число зарегистрированных событий прилета частиц самых высоких энергий Григорий Рубцов ответил так: «Так как имеет место обрезание ГЗК, число событий с энергией падает очень резко. С энергией выше 5,7 × 10¹⁹ эВ событий больше 150 только в Telescope Array, а есть еще Обсерватория имени Пьера Оже. С энергией выше 10²⁰ эВ таких событий около 20 в TA, а выше 2 × 10²⁰ эВ события уже считают по штукам. Так как этот диапазон энергий является целью крупномасштабных экспериментов TA и Auger, регистрация каждого такого события требует значительных трудовых и финансовых затрат. Однако наиболее интересны именно самые высокие энергии из-за того, что их отклонения в магнитных полях позволяют логически связывать направления их прихода с положением источников».

Максим Борисов

¹ ru.wikipedia.org/wiki/Новости_(Дзен)

² Telescope Array Collaboration. An extremely energetic cosmic ray observed by a surface detector array // Science. 2023. DOI: 10.1126/science.abo5095

³ attheu.utah.edu/facultystaff/cosmic-ray-2023/

⁴ rtvi.com/news/rossijskij-fizik-rasskazal-o-poimke-vmeste-s-amerikanczami-sverhmoshhnoj-kosmicheskoj-chasticzy/

⁵ elementy.ru/novosti_nauki/434164/Kosmicheskaya_chastitsa_ultravysokoy_energii_prishla_s_neozhidannogo_napravleniya

⁶ telescopearray.org

⁷ doi.org/10.1126/science.abo5095

⁸ Г. Т. Зацепин (1917–2010) и В. А. Кузьмин (1937–2015) работали в ИЯИ РАН с момента основания этого института в 1970 году.