Ученые предполагают, что источником сверхвысокоэнергетичных космических лучей, попадающих на Землю, являются так называемые активные ядра галактик, сообщает обсерватории Пьера Оже (Pierre Auger Observatory).
Космические лучи были впервые открыты в 1912 году. Они состоят из атомных ядер - в основном ядер водорода, то есть просто протонов. В высокоэнергетичных лучах частицы движутся на околосветовых скоростях. Взаимодействуя с атомами атмосферы, они создают множество вторичных частиц, которые, в свою очередь, порождают новые частицы - и так далее. В атмосфере возникает каскад частиц, называемый широким атмосферным ливнем.
Одна высокоэнергетичная частица, попавшая в атмосферу, может вызвать ливень, в результате которого поверхности планеты достигнут несколько миллионов вторичных частиц, распределенные на площади несколько десятков квадратных километров. Широкие атмосферные ливни были открыты в 1938 году французским физиком Пьером Оже, в честь которого названа обсерватории. Именно ливни дают возможность обнаруживать высокоэнергетичные лучи.
Обсерватория Оже использовала 1600 детекторов частиц, размещенных в Аргентине на расстоянии не более полутора километров друг от друга на площади 3000 квадратных километров. Детекторы фиксировали частицы, долетающие до поверхности, а 24 специальных телескопа следили за свечением, вызываемым ливнями. Последующий анализ данных о ливне позволял делать выводы о породившей его частице.
Всего с 2004 года обсерватория зафиксировала несколько миллионов космических лучей, но локализовать источник с известной точностью можно только для самых высокоэнергетичных. Было обнаружено 27 ливней, вызванных частицами с энергией выше 57 эксаэлектронвольт (5,7x1019 электронвольт, около девяти джоулей). Нанеся предполагаемые места их возникновения на карту небесной сферы, ученые обнаружили корреляции с расположением сравнительно близких к Земле активных ядер галактик (то, что именно близких, вполне объяснимо: частицы не успевают потерять энергию при путешествии сквозь космос).
Активным ядром галактики (АЯГ) называется область в центре галактики с необычной высокой светимостью и нестандартным спектром излучения. Что именно представляют собой АЯГ, неизвестно, на этот счет есть как минимум пять гипотез.
Одна из самых популярных гласит, что в центрах таких галактик находятся черные дыры (предполагается, что черные дыры находятся в центрах большинства галактик, но в активных галактиках они ведут себя особенно) массой в миллионы солнечных масс. Они аккрецируют (притягивают и поглощают) огромное количество материи, которая перед попаданием в дыру превращается в раскаленную плазму (свечение которой и позволяет обнаружить АЯГ).
Вероятно, какие-то процессы в этой плазме приводят к тому, что разлетающиеся протоны и другие частицы, которые мы впоследствии наблюдаем в виде космических лучей, приобретают сверхвысокую энергию. Подробное описание этого механизма пока не предложено.