Koko maailmankaikkeudessa, noin 7,5 miljardia valovuoden päässä, kuoleva tähti julkaisi eräitä korkeimman energian valotähtitieteilijöitä, joita he ovat koskaan nähneet. Ja nämä valopartikkelit, tai fotonit, auttavat tähtitieteilijöitä ymmärtämään, kuinka nämä hiukkaset ovat tehostaneet sellaisia äärimmäisiä energioita.
Tähtitieteilijät löysivät erittäin korkean energian fotoneja katsellessaan tapahtumaa, jota kutsuttiin gammasätepurskeeksi (GRB). Gamma-säteilypurskaukset, joita ajatellaan johtuvan neutronitähteiden törmäyksestä tai massiivisen tähden romahtamisesta, ilmestyvät yhtäkkiä, joskus vain sekunnin murto-osaan. Yksi näistä ohimenevistä purskeista voi vapauttaa enemmän energiaa kuin aurinko tuottaisi koko elämänsä ajan. Näitä tapahtumia on vaikea saada kiinni, mutta jälkivalo seuraa puhkeamista. Jälkivalon valo on himmeämpi, mutta kestää kauemmin, jolloin tähtitieteilijät voivat mitata sitä yksityiskohtaisesti.
Kaksi avaruusteleskooppia havaitsi automatisoidun järjestelmän avulla yhden tällaisen gammasätepurskeen, nimeltään GRB 190114C, 14. tammikuuta 2019. Maapallon tähtitieteilijät suunnattivat 22 sekunnin sisällä maanpäälliset kaukoputkensa mittaamaan tapahtuman jälkeistä hehkua.
"Olemme etsineet yli 20 vuotta", Razmik Mirzoyan, Cherenkov-kaukoputkien edustaja. (MAGIC) -yhteistyö ja uuden tutkimuksen yhteistekijä, kertoi Live science. Se, että he löysivät tämän, Mirzoyan sanoi, "ei ollut vain onnea, se on vain pysyvyyttä".
Tähtitieteellisesti sanottuna tapahtuma oli suhteellisen lähellä, mikä antoi tähtitieteilijöille mahdollisuuden mitata jälkihehku laajalla aallonpituusalueella. Seuraavan 10 päivän aikana tutkijat keräsivät tietoja kuudesta satelliitista ja 15 maanpäällisestä kaukoputkesta, jotka havaitsivat säteilyä radion ja ultraviolettivalon aallonpituuksilla.
Analysoimalla mittauksia ensimmäisistä kymmenistä sekunneista purskeen jälkeen, tähtitieteilijät löysivät fotoneja, joissa oli triljoonien sähkövolttien energioita - se on biljoonia kertoja aurinkoon tulevien tyypillisten fotonien energiasta.
Vaikka fotoneja, joiden energia ylittää 1 biljoonaa elektronivolttia, on havaittu ennen muista astrofysiikan lähteistä, kuten supernoovajäännöksistä, minkään niistä ei tiedetty olevan peräisin GRB: stä.
Usean aallonpituuden tiedot auttoivat tähtitieteilijöitä selvittämään, kuinka hiukkaset saavat virtaa. Pienemmän energian fotoneja oli vapauttanut hiukkaset, jotka kiertävät magneettikentien ympärillä prosessissa, jota kutsutaan synkrotronisäteilyksi. Sitä vastoin ennätysmääräisiä, erittäin korkean energian fotoneja nopeutettiin törmäyksissä korkeaenergisten elektronien kanssa - variaatio mekanismissa, jota tutkijat kutsuvat käänteiskomptonisirotukseksi. Tulokset vahvistavat teoriat GRB: stä ja auttavat tähtitieteilijöitä ymmärtämään näiden omituisten purskeiden fysiikkaa.
"Yli 50 vuoden kuluttua siitä, kun GRB: t havaittiin ensimmäisen kerran, monet niiden perustavanlaatuisista näkökohdista ovat edelleen salaperäisiä", Mirzoyan sanoi lausunnossaan. "GRB 190114C: n gammasäteilyn havaitseminen osoittaa, että GRB: n räjähdykset ovat jopa voimakkaampia kuin ennen ajateltiin."
Vaikka tähtitieteilijät ovat jo kauan etsineet sellaisia erittäin korkean energian fotoneja, GRB 190114C ei ollut harvinainen tapahtuma - vain yksi, josta on vaikea saada kiinni. Teleskooppien, kuten MAGIC ja High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), jotka on suunniteltu havaitsemaan erittäin korkean energian gammasäteitä, ja automaattisten järjestelmien avulla, joilla voidaan havaita alku GRB: t, tutkijat odottavat saavansa tulevaisuudessa enemmän tällaisia ultrakorkean energian fotoneja.
"Olemme tulossa uudelle aikakaudelle löytääksemme erittäin korkeaenergisia fotoneja", Bing Zhang, Las Vegasin Nevadan yliopiston astrofysiikka, joka ei ollut mukana uudessa tutkimuksessa, kertoi Live Science: lle sähköpostissa. "Koska runsaan fysiikan odotetaan olevan korkean energian tilassa, nämä havainnot tuovat varmasti jännitystä tulevina vuosina."
Uudet tulokset julkaistiin 20. marraskuuta Nature-lehdessä.
