W całym wszechświecie, w odległości około 7,5 miliarda lat świetlnych, umierająca gwiazda uwolniła jednych z astronomów światła o najwyższej energii, jakie kiedykolwiek widzieli. A te lekkie cząstki lub fotony pomagają astronomom zrozumieć, w jaki sposób cząstki te są podnoszone do tak ekstremalnych energii.
Astronomowie znaleźli fotony o ultrawysokiej energii podczas patrzenia na wydarzenie zwane rozbłyskiem gamma lub GRB. Uważane za wynik zderzenia gwiazd neutronowych lub zapadnięcia się masywnej gwiazdy, wybuchy promieniowania gamma pojawiają się nagle, czasami tylko na ułamek sekundy. Jedna z tych przelotnych wybuchów może uwolnić więcej energii niż Słońce wytworzyłoby przez całe swoje życie. Te wydarzenia są trudne do uchwycenia, ale poświata następuje po wybuchu. Światło poświaty jest ciemniejsze, ale trwa dłużej, co pozwala astronomom na szczegółowe pomiary.
14 stycznia 2019 r. Dwa takie teleskopy o nazwie GRB 190114C zostały odkryte przez dwa teleskopy kosmiczne za pomocą zautomatyzowanego systemu. W ciągu 22 sekund astronomowie na Ziemi skierowali swoje naziemne teleskopy, aby zmierzyć poświatę po zdarzeniu.
„Szukamy od ponad 20 lat” - powiedział Razmik Mirzoyan, rzecznik głównych teleskopów do badań atmosfery Czerenkowa (MAGIC) współpraca i współautor nowych badań, powiedział Live science. Mirzoyan powiedział, że udało im się go znaleźć: „to nie był zwykły szczęście, to tylko wytrwałość”.
Z astronomicznego punktu widzenia wydarzenie było stosunkowo bliskie, co pozwoliło astronomom zmierzyć poświatę w szerokim zakresie długości fal. W ciągu następnych 10 dni naukowcy zebrali dane z sześciu satelitów i 15 naziemnych teleskopów, które wykryły promieniowanie w zakresie długości fal od radia po światło ultrafioletowe.
Analizując pomiary z pierwszych dziesiątek sekund po rozbiciu, astronomowie znaleźli fotony o energii bilionów elektronowoltów - to biliony razy energia typowych fotonów pochodzących ze Słońca.
Podczas gdy fotony o energii przekraczającej 1 bilion woltów elektronów zostały wcześniej wykryte z innych źródeł astrofizycznych, takich jak pozostałości po supernowych, nie wiadomo, aby pochodziły z GRB.
Dane o wielu długościach fal pomagały astronomom ustalić, w jaki sposób cząstki zostały pobudzone. Fotony o niższej energii zostały uwolnione przez cząstki spiralne wokół pól magnetycznych w procesie znanym jako promieniowanie synchrotronowe. Natomiast rekordowe fotony o ultrawysokiej energii zostały przyspieszone przez zderzenia z wysokoenergetycznymi elektronami - odmiana mechanizmu, który naukowcy nazywają rozpraszaniem odwrotnym Comptona. Odkrycia potwierdzają teorie na temat GRB i pomagają astronomom zrozumieć fizykę tych dziwnych wybuchów.
„Po ponad 50 latach od odkrycia GRB, wiele z ich podstawowych aspektów wciąż pozostaje tajemniczych” - powiedział Mirzoyan w oświadczeniu. „Odkrycie emisji promieniowania gamma z GRB 190114C… pokazuje, że eksplozje GRB są jeszcze silniejsze niż wcześniej sądzono”.
Podczas gdy astronomowie od dawna szukają fotonów o ultrawysokiej energii, GRB 190114C nie było rzadkim wydarzeniem - tylko takim, które trudno złapać. Dzięki teleskopom takim jak MAGIC i High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), które są przeznaczone do wykrywania ultra-wysokoenergetycznych promieni gamma, oraz automatycznym systemom do wykrywania początkowych GRB, naukowcy spodziewają się, że w przyszłości złapią więcej takich ultra-wysokoenergetycznych fotonów.
„Wkraczamy w nową erę odkrywania fotonów o bardzo wysokiej energii”, powiedział Bing Zhang, astrofizyk z University of Nevada w Las Vegas, który nie był zaangażowany w nowe badanie, powiedział Live Science w e-mailu. „Ponieważ oczekuje się bogatej fizyki w reżimie wysokich energii, te obserwacje z pewnością przyniosą emocje w nadchodzących latach”.
Nowe wyniki zostały opublikowane 20 listopada w czasopiśmie Nature.
