Po celém vesmíru, vzdáleném asi 7,5 miliardy světelných let, umírající hvězda vypustila některé z nejkvalitnějších světelných astronomů, jaké kdy viděli. A tyto světelné částice neboli fotony pomáhají astronomům pochopit, jak jsou tyto částice povzbuzovány k tak extrémním energiím.
Astronomové našli ultra-vysokoenergetické fotony, zatímco se dívali na událost zvanou gama paprsek nebo GRB. Zdálo se, že je výsledkem kolize neutronových hvězd nebo zhroucení masivní hvězdy, náhle se objeví gama paprsky, někdy jen na zlomek sekundy. Jeden z těchto prchavých výbuchů může uvolnit více energie, než by slunce generovalo po celou dobu svého života. Tyto události je těžké zachytit, ale výbuch následuje. Světlo z dosvitu je slabší, ale vydrží déle, což astronomům umožňuje podrobně měřit.
14. ledna 2019 byl objeven jeden takový výbuch gama paprsků s názvem GRB 190114C pomocí dvou kosmických dalekohledů prostřednictvím automatizovaného systému. Během 22 sekund astronomové na Zemi nasměrovali své pozemní dalekohledy, aby změřili dosvit následující po události.
"Hledali jsme déle než 20 let," Razmik Mirzoyan, tiskový mluvčí dalekohledů hlavních atmosférických gama zobrazování Cherenkovových dalekohledů (MAGIC) spolupráce a spoluautor nové studie, řekl Live Science. Že to dokázali najít, Mirzoyan řekl: „Nebylo to pouhé štěstí, je to jen vytrvalost.“
Z astronomického hlediska byla událost relativně blízko, což astronomům umožnilo měřit dosvit na velkém rozsahu vlnových délek. V příštích 10 dnech vědci shromáždili data od šesti satelitů a 15 pozemních dalekohledů, které detekovaly záření ve vlnových délkách od rádia po ultrafialové světlo.
Při analýze měření od prvních desítek sekund po výbuchu astronomové našli fotony s energií biliónů elektronvoltů - to jsou biliony krát energie typických fotonů přicházejících ze slunce.
Zatímco fotony s energií přesahující 1 bilion elektronových voltů byly detekovány před jinými astrofyzikálními zdroji, jako jsou zbytky supernov, nebylo známo, že by pocházely z GRB.
Data o vlnové délce pomohla astronomům zjistit, jak byly částice pod napětím. Fotony s nižší energií byly uvolněny částečkami spirálovými kolem magnetických polí v procesu známém jako synchrotronové záření. Naproti tomu rekordní ultravysoké energie fotony byly urychleny kolize s elektrony s vysokou energií - variace na mechanismus, který vědci nazývají inverzní Comptonův rozptyl. Nálezy potvrzují teorie o GRB a pomáhají astronomům pochopit fyziku těchto bizarních výbuchů.
"Po více než 50 letech od prvního objevení GRB zůstává mnoho z jejich základních aspektů záhadných," uvedl Mirzoyan v prohlášení. "Objev emise gama záření z GRB 190114C ... ukazuje, že exploze GRB jsou ještě silnější, než se dříve myslelo."
Zatímco astronomové již dlouho hledají takové ultravysoké energie fotony, GRB 190114C nebyla vzácná událost - jen ta, kterou je těžké zachytit. Díky dalekohledům, jako je MAGIC a vysoce energetický stereoskopický systém (H.E.S.S.), které jsou navrženy pro detekci ultra-vysokoenergetických gama paprsků, a automatizovaných systémů pro detekci počátečních GRB, vědci očekávají, že v budoucnu zachytí více takových ultra-vysokoenergetických fotonů.
"Vstupujeme do nové éry objevování ultra-vysokoenergetických fotonů," řekl Bing Zhang, astrofyzik z University of Nevada v Las Vegas, který se do nové studie nezúčastnil, řekl Live Science v e-mailu. "Protože se v režimu vysoké energie očekává bohatá fyzika, tato pozorování v nadcházejících letech jistě přinese vzrušení."
Nové výsledky byly zveřejněny 20. listopadu v časopise Nature.
