Первое, что приходит в голову, — это источники космических гамма-всплесков, взрывы, похожие на вспышки сверхновых, только более мощные. Почему бы им не ускорять частицы? Но, оказывается, такие катаклизмы случаются слишком редко и не могут обеспечить необходимый темп генерации космических лучей. Поэтому в настоящее время астрофизики не возлагают на них больших надежд.
Основное внимание ученых сейчас привлекают ударные волны, связанные со струями вещества (джетами), которые выбрасываются из активных галактических ядер, а также со скоплениями галактик. Именно там возможно ускорение достаточно большого числа частиц до сверхвысоких энергий. Наиболее вероятными местами рождения суперчастиц в активных галактиках являются так называемые горячие пятна, где струя резко тормозится, сталкиваясь с окружающим веществом. Но уверенности в этом пока нет, а имеющиеся наблюдения не дают оснований утверждать, что частицы приходят со стороны известных активных галактик.
В таких обстоятельствах астрофизики начинают задумываться о более экзотических механизмах генерации космических лучей.
Охота на WIMPzill’у
Выше мы обмолвились, что частица может родиться сразу «сверхэнергичной». Для этого нужно, чтобы распалась (или аннигилировала) частица с большой массой. И здесь перед физиками открываются интереснейшие возможности: не исключено, что загадка космических лучей окажется связанной с загадкой темной материи. Ученые уже давно пытаются в лабораториях «поймать за бороду» частицы темной материи, но пока это никому не удалось. Причина в том, что эти частицы — если, конечно, они вообще существуют — очень слабо взаимодействуют с веществом. Поэтому их называют WIMP (weakly interacting massive particles), что означает слабовзаимодействующие массивные частицы.
Поскольку они пока не пойманы, об их параметрах можно только строить предположения. В частности, они могут иметь очень большую массу. Для таких монстров было придумано красивое название WIMPzillа. Впервые идею о рождении космических лучей сверхвысоких энергий из-за распада очень массивных частиц рассмотрели в 1997 году В.С. Березинский с соавторами и, независимо, В.А. Кузьмин и В.А. Рубаков. Сам термин WIMPzillа начал активно использоваться примерно с 1998 года в работах Эдварда (Рокки) Колба (E. Kolb) и его соавторов.
Лидар — лазерная система зондирования атмосферы. Используется при калибровке оптических телескопов обсерватории Оже для искусственного возбуждения молекул атмосферы
Согласно теории относительности масса эквивалентна энергии. Поэтому тяжелая частица может либо просто развалиться на несколько массивных частей, либо породить частицы с небольшой массой покоя, но с очень большой кинетической энергией. Также высокоэнергичные частицы могут образовываться при аннигиляции двух массивных частиц. Правда, согласно теории, распад и аннигиляция в основном должны порождать гамма-кванты, тогда как в космических лучах сверхвысоких энергий, по всей видимости, доминируют не фотоны, а протоны. Но однозначных данных пока нет: проекту Оже понадобится лет пять, чтобы уверенно определить долю фотонов среди высокоэнергичных частиц. Поэтому гипотеза о WIMPzill"ах продолжает обсуждаться.