Самые мощные космические лучи, падающие на Землю, могут исходить не из далеких уголков Вселенной, а от тяжелых частиц темной материи, которые аннигилируют на нашем собственном заднем дворе.

Космические лучи — это высокоэнергетические частицы, которые постоянно проносятся через космос. В основном они состоят из протонов, но иногда могут состоять из ядер тяжелых элементов, таких как гелий и даже железо. Несмотря на микроскопические размеры, они обладают огромной силой. Каждая из них движется почти со скоростью света, а самые быстрые обладают энергией в триллионы раз большей, чем в наших самых мощных ускорителях частиц.

Астрофизики понимают происхождение большинства космических лучей. Каждый раз, когда во Вселенной происходит энергичное событие, оно, скорее всего, порождает поток космических лучей. Это могут быть сверхновые, слияние звезд и поглощение материи черными дырами.

Но мы не до конца понимаем происхождение самых мощных космических лучей. Проблема в том, что, хотя источников энергии для них предостаточно, они находятся на расстоянии миллиардов световых лет. Эти сверхэнергичные частицы не могут преодолеть такие огромные расстояния без значительного замедления. Так что, возможно, их происхождение гораздо ближе к дому.

И, возможно, их происхождение гораздо более экзотично, чем просто космический взрыв. В своей недавней работе, которая еще не прошла рецензирование, российский астрофизик высказывает предположение, что самые мощные космические лучи происходят от экзотической формы темной материи.

Тяжелая, темная и саморазрушающаяся

Эта частица темной материи сама по себе была бы очень тяжелой — гораздо тяжелее даже самой тяжелой из известных частиц, топ-кварка. Известная как скалярон, эта частица темной материи была создана в самые ранние моменты космической истории, в эпоху, известную как инфляция, когда Вселенная в одно мгновение стала на много порядков больше.

С тех пор скалярон в основном остается на заднем плане, поскольку он невидим для света и влияет на остальную часть Вселенной только через свое гравитационное воздействие. Но очень, очень редко два скалярона могут пересекаться — и при этом аннигилировать друг с другом во вспышке энергии. Эта вспышка может включать в себя чрезвычайно энергичные космические лучи.

Скаляроны есть везде, поэтому они могут порождать сверхвысокоэнергетические космические лучи в пределах нашей собственной галактики. Но здесь забавные идеи должны столкнуться с реальностью наблюдений. Если скаляроны пересекаются слишком часто, они будут производить больше высокоэнергетических космических лучей, чем мы наблюдаем. И наоборот, если они не будут пересекаться и аннигилировать достаточно часто, то это не будет соответствовать известным наблюдениям.

Так уж получилось, что аннигилирующие скаляроны могут быть ответственны за то количество высокоэнергетических космических лучей, которое мы наблюдаем; плотность и частота взаимодействия соответствуют известному поведению темной материи.

Однако эта гипотеза весьма сомнительна. Производство скаляронов в ранней Вселенной требует внесения поправок в общую теорию относительности Эйнштейна, которые могут не выдержать дальнейшей проверки. Существуют и конкурирующие предложения по объяснению самых высокоэнергетичных космических лучей. Например, они могут возникать внутри молекулярных облаков в нашей собственной галактике, и для этого не нужна темная материя.

Тем не менее, это интересная идея, и она показывает, как крайние точки нашей Вселенной могут быть использованы в качестве испытательного полигона для радикальных идей. Продолжая развивать эти идеи, мы сможем найти другие способы их проверки с помощью наблюдений. И если эта идея сработает, она даст нам возможность заглянуть не только в темную материю, но и в саму раннюю Вселенную.

Недавняя работа российского астрофизика предполагает, что самые мощные космические лучи могут быть порождены аннигиляцией тяжелых частиц темной материи, известных как скаляроны. Эти гипотетические частицы, образовавшиеся в эпоху инфляции, крайне редко взаимодействуют, аннигилируя друг с другом и высвобождая энергию в виде космических лучей.

Предполагается, что скаляроны, в отличие от известных частиц, чрезвычайно тяжелые и взаимодействуют гравитационно, оставаясь невидимыми для света. Эта теория интригует тем, что она потенциально способна объяснить наблюдаемое количество высокоэнергетических космических лучей, связывая их с поведением темной материи.

Несмотря на интерес, гипотеза о скаляронах остается спекулятивной. Производство скаляронов в ранней Вселенной требует модификаций общей теории относительности, которые еще предстоит подтвердить. Альтернативные объяснения происхождения космических лучей включают процессы внутри молекулярных облаков в нашей галактике.

Эта идея демонстрирует, как изучение экстремальных явлений во Вселенной может быть использовано для проверки радикальных теорий, предлагая новый взгляд на темную материю и раннюю Вселенную. Дальнейшие исследования и наблюдения необходимы для проверки этой гипотезы и конкурирующих объяснений.