În univers, la aproximativ 7,5 miliarde de ani lumină distanță, o stea pe moarte a eliberat unii dintre astronomii cu cea mai mare energie care au văzut vreodată. Iar aceste particule ușoare, sau fotoni, îi ajută pe astronomi să înțeleagă cum aceste particule sunt impulsionate către astfel de energii extreme.
Astronomii au găsit fotoni cu energie ultrahigh în timp ce se uitau la un eveniment numit explozie de raze gamma, sau GRB. Gândit să rezulte din coliziunea stelelor neutronice sau prăbușirea unei stele masive, exploziile de raze gamma apar brusc, uneori doar pentru o fracție de secundă. Una dintre aceste explozii trecătoare poate elibera mai multă energie decât soarele ar genera pe întreaga sa viață. Aceste evenimente sunt greu de prins, dar o urma va urma explozia. Lumina din ulterior este mai slabă, dar durează mai mult, permițând astronomilor să o măsoare în detaliu.
Pe 14 ianuarie 2019, o astfel de explozie cu raze gamma, numită GRB 190114C, a fost descoperită de două telescoape spațiale printr-un sistem automatizat. În decurs de 22 de secunde, astronomii de pe Pământ și-au îndreptat telescoapele la sol pentru a măsura ulterior urma evenimentului.
"Cautam mai mult de 20 de ani", a declarat Razmik Mirzoyan, purtatorul de cuvant al principalelor telescoape Cherenkov pentru imagini cu gamă atmosferică (MAGIC) colaborare și coautor la noul studiu, a spus știința Live. Că au putut să-l găsească pe acesta, a spus Mirzoyan, „nu a fost doar noroc, ci doar persistență”.
În termeni astronomici, evenimentul a fost relativ aproape, ceea ce le-a permis astronomilor să măsoare rezultatul după o gamă mare de lungimi de undă. În următoarele 10 zile, oamenii de știință au strâns date de la șase sateliți și 15 telescoape la sol care au detectat radiații în lungimi de undă, de la radio la lumină ultravioletă.
Analizând măsurătorile din primele zeci de secunde după explozie, astronomii au găsit fotoni cu energii de trilioane de electronvolți - adică miliarde de ori energia fotonilor tipici care vin de la soare.
În timp ce fotonii cu energii care depășesc 1 trilion de electroni volți au fost detectați înainte de alte surse astrofizice, cum ar fi resturile de supernove, nu se știe că niciuna nu provine dintr-un GRB.
Datele cu lungimi multiple au ajutat astronomii să stabilească modul în care particulele au fost energizate. Fotonii cu energie inferioară au fost eliberați de particule în spirală în jurul câmpurilor magnetice într-un proces cunoscut sub numele de radiații de sincrotron. Spre deosebire, fotonii de ultimă generație, care au înregistrat recorduri, au fost accelerați prin coliziuni cu electroni cu energie mare - o variație a unui mecanism pe care oamenii de știință îl numesc inversarea Compton-inversă. Rezultatele confirmă teoriile despre GRB și ajută astronomii să înțeleagă fizica acestor explozii bizare.
"După mai bine de 50 de ani de la descoperirea GRB-urilor, multe dintre aspectele lor fundamentale rămân încă misterioase", a spus Mirzoyan într-o declarație. "Descoperirea emisiilor de raze gamma de la GRB 190114C ... arată că exploziile GRB sunt chiar mai puternice decât se credea înainte."
În timp ce astronomii au căutat de mult timp astfel de fotoni cu energie ultrahigh, GRB 190114C nu a fost un eveniment rar - doar unul greu de prins. Datorită telescoapelor precum MAGIC și Sistemului Stereoscopic High Energy (H.E.S.S.), care sunt concepute pentru a detecta raze gamma ultra-înaltă energie și sisteme automatizate pentru detectarea GRB-urilor inițiale, oamenii de știință se așteaptă să prindă mai multe astfel de fotoni cu ultra-înaltă energie în viitor.
"Intrăm într-o nouă eră a descoperirii fotonilor cu energie ultra-înaltă", a declarat Live Science într-un e-mail Bing Zhang, astrofizician la Universitatea din Nevada, Las Vegas, care nu a fost implicat în noul studiu. "Având în vedere că fizica bogată este de așteptat în regimul energetic ridicat, aceste observații vor aduce cu siguranță emoții în anii următori."
Noile rezultate au fost publicate pe 20 noiembrie în revista Nature.
