По всьому Всесвіту, приблизно в 7,5 мільярдів світлових років, вмираюча зірка випустила деяких найвищих енергійних світлих астрономів, які коли-небудь бачили. І ці світлові частинки, або фотони, допомагають астрономам зрозуміти, як ці частинки підсилюються до таких екстремальних енергій.
Астрономи виявили фотони надвисокої енергії, коли вони дивилися на подію, яку називають вибухом гамма-випромінювання, або GRB. Як вважалося в результаті зіткнення нейтронних зірок або краху масивної зірки, сплески гамма-променів з'являються раптово, іноді лише на частку секунди. Один з таких швидкоплинних сплеску може вивільнити більше енергії, ніж сонце генерувало б протягом усього життя. Ці події важко наздогнати, але після сплеску слідує післясвічення. Світло від післясвічення тьмяніше, але триває довше, що дозволяє астрономам детально вимірювати його.
14 січня 2019 року двома космічними телескопами за допомогою автоматизованої системи було виявлено один такий вибух гамма-випромінювання, який отримав назву GRB 190114C. Протягом 22 секунд астрономи на Землі направили свої наземні телескопи, щоб виміряти післясвічення після події.
"Ми шукали вже більше 20 років", - Розмік Мірзоян, речник головного телескопа "Черенковська атмосфера" у Черенкові (MAGIC) співпраця та співавтор нового дослідження, розповів Live science. Мірзоян сказав, що вони змогли знайти цього, "це була не просто удача, це просто наполегливість".
В астрономічному плані подія була відносно близькою, що дозволило астрономам виміряти післясвічення у великому діапазоні довжин хвиль. Протягом наступних 10 днів вчені зібрали дані з шести супутників та 15 наземних телескопів, які виявили випромінювання на довжинах хвиль, починаючи від радіо до ультрафіолету.
Аналізуючи вимірювання за перші десятки секунд після сплеску, астрономи виявили фотони з енергією трильйонів електронвольт - це в трильйони разів більше енергії типових фотонів, що надходять від сонця.
Хоча фотони з енергією, що перевищує 1 трлн електрон вольт, були виявлені перед іншими астрофізичними джерелами, такими як залишки наднових, жодне не було відомо, що вони походять від GRB.
Дані багато хвиль допомогли астрономам встановити, як енергія частинок. Фотони нижчої енергії вивільнялися частинками, що спіралювались навколо магнітних полів у процесі, відомому як синхротронне випромінювання. Навпаки, рекордні фотони ультрависокої енергії прискорювались через зіткнення з високоенергетичними електронами - варіацію механізму, який вчені називають зворотним-комптонським розсіюванням. Отримані результати підтверджують теорії про ГРБ та допомагають астрономам зрозуміти фізику цих химерних сплесків.
"Після більш ніж 50 років з моменту вперше виявлення ГРБ багато їх фундаментальних аспектів все ще залишаються таємничими", - заявив Мірзоян. "Відкриття випромінювання гамма-випромінювання від GRB 190114C ... показує, що вибухи GRB навіть більш потужні, ніж думали раніше".
Хоча астрономи давно шукають такі фотони надвисокої енергії, GRB 190114C не була рідкісною подією - лише таку, яку важко зловити. Завдяки телескопам типу MAGIC та стереоскопічній системі високої енергії (H.E.S.S.), які розроблені для виявлення ультрависоких енергетичних гамма-променів, та автоматизованих системах виявлення початкових ГРБ, вчені розраховують в майбутньому зафіксувати більше таких фотонів надвисокої енергії.
"Ми вступаємо в нову еру виявлення фотонів надвисокої енергії", - повідомив Live Science в електронній пошті Бінг Чжан, астрофізик університету Невади, Лас-Вегас, який не був причетний до нового дослідження. "Оскільки у високоенергетичному режимі очікується багата фізика, ці спостереження точно принесуть хвилювання в наступні роки".
Нові результати були опубліковані 20 листопада в журналі Nature.
