Unglaublich: Die energiereichsten Teilchen des Universums sind noch rätselhafter als gedacht

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Diese Teilchen tragen Energien von über 100 Exa-Elektronenvolt, also 100 Quintillionen Elektronenvolt. Damit sind sie etwa 10 Millionen Mal energiereicher als Teilchen, die Large Hadron Collider, dem leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger der Welt, beschleunigt werden.

Nur der Amaterasu-Teilchen erreichte etwa 240 Exa-Elektronenvolt und besaß eine kinetische Energie, die der eines schnell bewegten Tennisballs entspricht, der auf einen einzigen Teilchen konzentriert ist. „Diese höchstenergetischen kosmischen Strahlungsteilchen stammen vermutlich aus extremen astrophysikalischen Quellen, wie etwa dem Zusammenstoß zweier Neutronensterne oder dem Kollaps eines massereichen Sterns", sagte Murase. „Bei vielen kosmischen Strahlungsereignissen gemeinsam liefern ihre Energiedistribution, das Ankunftsrichtungsmuster und die statistisch abgeleitete Zusammensetzung wichtige Hinweise darauf, wo diese Teilchen ihren Ursprung haben und wie sie beschleunigt werden." Simulation der Teilchenbewegung Weltraum Um zu untersuchen, welche Teilchen bei solch enormen Energien den Weg zur Erde überstehen könnten, führten die Forscher detaillierte Computersimulationen durch, die verfolgen, wie Teilchen unterschiedlicher Masse ihre Energie verlieren, während sie sich durch den intergalaktischen Raum bewegen. „Unsere Forschung zeigt, dass bei Energien, die denen des Amaterasu-Teilchens entsprechen, ultrschwere Kerne ihre Energie langsamer verlieren als Protonen oder Kerne mittlerer Masse.

Dadurch sind sie besser in der Lage, kosmische Distanzen zu überstehen und mit extremen Energien die Erde zu erreichen", sagte Murase. „Wir behaupten nicht, dass alle ultrahochenergetischen kosmischen Strahlen ultrschwere Kerne sind.

Was die Studie zeigt

Wenn jedoch einige der höchstenergetischen Ereignisse auf ultrschwere Kerne zurückzuführen sind, hätte dies Auswirkungen darauf, wie wir nach ihren Quellen suchen." Die Studie hat zudem neue Grenzen für den Beitrag dieser ultrschweren Kerne zur Gesamtbevölkerung der auf der Erde detektierten ultrahochenergetischen kosmischen Strahlen festgelegt.

Schwarze Löcher und Neutronensterne als wahrscheinliche Quellen „Die vielversprechendsten Orte für die Entstehung und Beschleunigung solcher ultrschwerer Kerne sind der Tod massereicher Sterne, der durch einen explosiven Kollaps Schwarzen Löchern oder stark magnetisierten Neutronensternen erfolgt, sowie Verschmelzungen, die als leistungsfähige Gravitationswellenquellen bekannt sind", sagte Murase.

Diese gewaltigen kosmischen Phänomene können auch Gammastrahlenausbrüche antreiben, die zu den energiereichsten Explosionen Universum zählen. Beiträge dieser Quellen könnten zudem helfen, einen möglicherweise beobachteten Unterschied zwischen dem nördlichen und südlichen Himmel Spektrum der ultrahochenergetischen kosmischen Strahlung zu erklären.

Technik, Energie und Einsatz

Wenn ultrschwere Kerne bei den höchsten Energien einen signifikanten Anteil beitragen, sollten zukünftige Daten eine Zusammensetzung schwerer als Eisen anzeigen.

Murase sagte, dass zukünftige Observatorien, darunter das vorgeschlagene AugerPrime-Projekt Argentinien und die Global Cosmic Ray Observatory, möglicherweise in der Lage sein werden, diese Vorhersagen zu testen.

Weitere Untersuchungen Löchern und stark magnetisierten Neutronensternen könnten Wissenschaftlern ebenfalls dabei helfen, besser zu verstehen, wo diese außergewöhnlichen kosmischen Strahlen ihren Ursprung haben. Quelle: „Ultraheavy Ultrahigh-Energy Cosmic Rays", Kohta Murase, Nick Ekanger, Mukul Bhattacharya und Shunsaku Horiuchi, 7.

Mai 2026, Physical Review Letters. DOI: 10.1103/221m-gvs3