Visā Visumā, aptuveni 7,5 miljardu gaismas gadu attālumā, mirstoša zvaigzne izlaida dažus no augstākās enerģijas gaismas astronomiem, kādi jebkad redzēti. Un šīs gaismas daļiņas jeb fotoni palīdz astronomiem saprast, kā šīs daļiņas tiek paaugstinātas līdz šādām galējām enerģijām.
Astronomi atrada īpaši augstas enerģijas fotonus, kamēr viņi skatījās uz notikumu, ko sauc par gamma staru pārrāvumu jeb GRB. Domājams, ka neitronu zvaigžņu sadursmes vai masīvas zvaigznes sabrukšanas rezultātā pēkšņi, dažreiz tikai sekundes daļai, parādās gamma staru pārrāvumi. Viens no šiem īslaicīgajiem pārrāvumiem var atbrīvot vairāk enerģijas, nekā saule radītu visā tās dzīves laikā. Šos notikumus ir grūti noķert, taču pēc pārrāvuma tiek novērots pēcspēks. Gaisma no pēcspīdēšanas ir tumšāka, bet ilgst ilgāk, ļaujot astronomiem to detalizēti izmērīt.
2019. gada 14. janvārī divus šādus kosmosa teleskopus, izmantojot automatizētu sistēmu, atklāja viens tāds gamma staru pārrāvums, kura nosaukums bija GRB 190114C. 22 sekunžu laikā uz Zemes esošie astronomi virzīja uz zemes bāzētos teleskopus, lai izmērītu pēcspuldzi pēc notikuma.
"Mēs esam meklējuši ilgāk nekā 20 gadus," Razmik Mirzoyan, Lielās atmosfēras gamma attēlveidošanas Čerenkovas teleskopu pārstāvis (MAGIC) sadarbība un jaunā pētījuma līdzautore, pastāstīja Live science. Mirozjans sacīja, ka viņiem izdevās šo atrast, "tā nebija tikai veiksme, tā ir tikai neatlaidība".
Astronomijas ziņā notikums bija salīdzinoši tuvu, kas ļāva astronomiem izmērīt pēcspīdumu lielā viļņu garuma diapazonā. Nākamo 10 dienu laikā zinātnieki savāca datus no sešiem satelītiem un 15 uz zemes bāzētiem teleskopiem, kas noteica starojumu viļņu garumos, sākot no radio un beidzot ar ultravioleto gaismu.
Analizējot mērījumus no pirmajām desmitām sekundēm pēc eksplozijas, astronomi atrada fotonus ar triljonu elektrovoltu enerģiju - tas ir triljoniem reižu lielāks par tipisko fotonu enerģiju, kas nāk no saules.
Kaut arī fotoni, kuru enerģija pārsniedz 1 triljonu elektronu voltu, tika atklāti pirms citiem astrofiziskiem avotiem, piemēram, supernovu paliekām, nebija zināms, ka neviens no tiem radies no GRB.
Dati par daudzviļņu garumu astronomiem palīdzēja noteikt, kā daļiņas tika barotas. Zemākas enerģijas fotonus ir izdalījušas daļiņas, kas spirāli pārvietojas ap magnētiskajiem laukiem procesā, ko sauc par sinhrotrona starojumu. Turpretī rekordlieli, īpaši augstas enerģijas fotoni tika paātrināti, sadursmēs ar augstas enerģijas elektroniem - variāciju mehānismam, ko zinātnieki sauc par apgrieztu-Komptona izkliedi. Rezultāti apstiprina teorijas par GRB un palīdz astronomiem izprast šo dīvaino pārrāvumu fiziku.
"Pēc vairāk nekā 50 gadiem kopš GRB atklāšanas daudzi no to galvenajiem aspektiem joprojām ir noslēpumaini," teikts Mirzojana paziņojumā. "Atklājot gamma staru izstarojumu no GRB 190114C ..., redzams, ka GRB sprādzieni ir vēl jaudīgāki, nekā tika domāts iepriekš."
Kamēr astronomi jau sen ir meklējuši šādus īpaši augstas enerģijas fotonus, GRB 190114C nebija rets notikums - tikai tāds, kuru grūti noķert. Pateicoties tādiem teleskopiem kā MAGIC un High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), kas ir paredzēti īpaši augstas enerģijas gamma staru noteikšanai, un automatizētām sistēmām sākotnējo GRB noteikšanai, zinātnieki nākotnē sagaida vairāk tādu ultraaugstas enerģijas fotonu.
"Mēs ieejam jaunā laikmetā, kurā tiek atklāti īpaši augstas enerģijas fotoni," Lives savā e-pastā sacīja Lasvegasas Nevada universitātes astrofiziķis Bings Džans, kurš nebija saistīts ar jauno pētījumu. "Tā kā lielas enerģijas režīmā ir gaidāma bagāta fizika, šie novērojumi noteikti sagādās satraukumu nākamajos gados."
Jaunie rezultāti tika publicēti 20. novembrī žurnālā Nature.
