Po vsem vesolju, oddaljenem približno 7,5 milijarde svetlobnih let, je umirajoča zvezda sprostila nekaj svetlobe z najvišjo energijo, ki so jih astronomi kdajkoli videli. In ti svetlobni delci ali fotoni pomagajo astronomom, da razumejo, kako se ti delci povečajo do tako ekstremnih energij.
Astronomi so med gledanjem na dogodek, imenovan gama-ram, ali GRB, našli ultrahitro energijske fotone. Misel, da je posledica trka nevtronskih zvezd ali padca masivne zvezde, se gama žarki pojavijo nenadoma, včasih le za delček sekunde. Eden od teh bežnih sunkov lahko sprosti več energije, kot bi sonce ustvarilo v celotnem življenju. Te dogodke je težko ujeti, vendar sledi počilo. Svetloba iz podočnjaka je bolj zatemnjena, vendar traja dlje, kar astronomom omogoča natančno merjenje.
14. januarja 2019 sta dva vesoljska teleskopa prek avtomatiziranega sistema odkrila eno takšno gama žarko, imenovano GRB 190114C. V 22 sekundah so astronomi na Zemlji usmerili svoje zemeljske teleskope, da so izmerili požare po dogodku.
"Iščemo ga že več kot 20 let," je Razmik Mirzoyan, tiskovni predstavnik Glavnega atmosferskega gama Imaging Čerenkov teleskopi (MAGIC) in soavtor nove študije za Live Science. Mirzoyan je dejal, da tega niso našli, "pa je bila zgolj sreča, ampak samo vztrajnost."
V astronomskem smislu je bil dogodek sorazmerno blizu, kar je astronomom omogočalo merjenje požara v velikem razponu valovnih dolžin. V naslednjih 10 dneh so znanstveniki zbrali podatke s šestih satelitov in 15 zemeljskih teleskopov, ki so zaznali sevanje v valovnih dolžinah, od radio do ultravijolične svetlobe.
Z analizo meritev v prvih deset sekundah po eksploziji so astronomi našli fotone z energijo trilijonov elektrovoltov - to je trilijone krat večje od energije značilnih fotonov, ki prihajajo iz sonca.
Medtem ko so bili pred drugimi astrofizičnimi viri, kot so ostanki supernove, odkriti fotoni z energijo, ki presega 1 trilijona elektronov voltov, nobeden ni bil znan iz GRB.
Podatki o več valovnih dolžinah so astronomom pomagali ugotoviti, kako se delci energizirajo. Fotoni z nižjo energijo so se sproščali z delci, ki se spiralirajo okoli magnetnih polj v procesu, znanem kot sinhrotronsko sevanje. V nasprotju s tem pa so rekordni ultrahigoenergijski fotoni pospešeni s trki z visokoenergijskimi elektroni - različico mehanizma, ki ga znanstveniki imenujejo inverzno-Comptonovo sipanje. Ugotovitve potrjujejo teorije o GRB in pomagajo astronomom razumeti fiziko teh bizarnih vdorov.
"Po več kot 50 letih od prvega odkritja GRB so številni njihovi temeljni vidiki še vedno skrivnostni," je dejal Mirzoyan v izjavi. "Odkritje emisije gama žarkov iz GRB 190114C ... kaže, da so eksplozije GRB še močnejše, kot smo mislili prej."
Medtem ko astronomi že dolgo iščejo takšne ultrahigo-energijske fotone, GRB 190114C ni bil redek dogodek - le tak, ki ga je težko ujeti. Zahvaljujoč teleskopom, kot sta MAGIC in visokoenergetski stereoskopski sistem (H.E.S.S.), ki so zasnovani za odkrivanje ultra-visokoenergijskih gama-žarkov, in avtomatiziranih sistemov za zaznavanje začetnih GRB-jev, znanstveniki pričakujejo, da bodo v prihodnosti ujeli več takšnih ultra-energijskih fotonov.
"Vstopamo v novo obdobje odkrivanja fotonov ultra visoke energije," je po elektronski pošti za Live Science povedal Bing Zhang, astrofizik z univerze v Nevadi iz Las Vegasa, ki ni bil vključen v novo študijo. "Ker se v visokoenergetskem režimu pričakuje bogata fizika, bodo ta opažanja zagotovo v prihodnjih letih prinesla navdušenje."
Novi rezultati so bili objavljeni 20. novembra v reviji Nature.
