Az egész világegyetemben, mintegy 7,5 milliárd fényév távolságra, egy haldokló csillag engedte fel a legmagasabb energiájú fénycsillagászok valaha láttait. És ezek a fényszemcsék, vagy fotonok segítenek a csillagászoknak megérteni, hogy ezek a részecskék hogyan növelik az ilyen szélsőséges energiákat.
A csillagászok megtalálták az ultra nagy energiájú fotonokat, miközben egy gamma-sugárkitörésnek vagy GRB-nek nevezett eseményt néztek. Arra a gondolatra, hogy a neutroncsillagok ütköznek vagy egy hatalmas csillag összeomlik, hirtelen, néha csak egy másodperc töredékéig megjelennek a gamma-sugárzás. Az egyik ilyen átmeneti robbanás több energiát bocsáthat ki, mint amit a nap termelne az egész életében. Ezeket az eseményeket nehéz felfogni, de az utánvilágítás a robbanást követi. Az utánvilágítás fénye tompa, de hosszabb ideig tart, így a csillagászok részletesen meg tudják mérni.
2019. január 14-én egy ilyen, a GRB 190114C nevű gamma-sugárzású robbanást két űrteleszkóp fedez fel egy automatizált rendszeren keresztül. A Földön lévő csillagászok 22 másodpercen belül irányították a földi távcsöveiket az esemény utáni utánvilágítás mérésére.
"Több mint 20 éve keresünk" - mondta Razmik Mirzoyan, a légköri gamma képalkotó Cherenkov távcsövek szóvivője. (A MAGIC) együttműködés és az új tanulmány társszerzője, a Live science elmondta. Mirzoyan azt mondta: "Nemcsak szerencse volt, hanem kitartás", hogy ezt meg tudták találni.
Csillagászati szempontból az esemény viszonylag közel volt, ami lehetővé tette a csillagászoknak, hogy megmérték az utófényt nagy hullámhossz-tartományon. A következő 10 nap során a tudósok hat műholdról és 15 földi távcsőről gyűjtöttek adatokat, amelyek sugárzást detektáltak a rádiótól az ultraibolya fényig terjedő hullámhosszon.
A robbanás utáni első tíz másodpercben elvégzett méréseket elemezve a csillagászok fotonokat találtak, amelyeknek trillió elektronvolta energiája van - ez a napról származó tipikus fotonok energiájának trilliószorosa.
Noha más asztrofizikai forrásoktól, például szupernóvák maradványaitól kezdve már detektáltak fotonokat, amelyek energiája meghaladja az 1 trillió elektronvolt, még nem ismert, hogy ezek egyike GRB-ből származik.
A többhullámú adatok segítettek a csillagászoknak megállapítani, hogy a részecskék miként vannak táplálva. Az alacsonyabb energiatartalmú fotonokat a szinkrotron sugárzásnak nevezett folyamatban a mágneses terek körül spirálisan mozgó részecskék szabadították fel. Ezzel szemben a rekordszintű, nagy energiájú fotonokat nagy energiájú elektronokkal való ütközések révén gyorsították fel - ez egy olyan variáció, amelyet a tudósok inverz-kompton szórásnak hívnak. Az eredmények megerősítik a GRB-kkel kapcsolatos elméleteket és segítenek a csillagászoknak megérteni ezen bizarr kitörések fizikáját.
"A GRB-k első felfedezése óta eltelt több mint 50 év elteltével sok alapvető szempont továbbra is rejtélyes" - mondta Mirzoyan nyilatkozatában. "A gamma-sugárzás felfedezése a GRB 190114C-ből ... azt mutatja, hogy a GRB-robbanások még erősebbek, mint gondoltuk."
Míg a csillagászok már régóta keresték ezeket a nagy energiájú fotonokat, a GRB 190114C nem volt ritka esemény - csak egy, amit nehéz megragadni. Az olyan ultrahangos gamma-sugarak detektálására szolgáló távcsövek, mint a MAGIC és a High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), valamint a kezdeti GRB-k detektálására szolgáló automatizált rendszereknek köszönhetően a tudósok a jövőben még több ilyen ultrahangos fotont fognak elkapni.
"Az ultra nagy energiájú fotonok felfedezésének új korszakába lépünk" - mondta a Live Science e-mailben Bing Zhang, a Las Vegas-i Nevada Egyetem asztrofizikusa, aki nem vett részt az új tanulmányban. "Mivel a nagy energiájú rendszerben gazdag fizika várható, ezek a megfigyelések biztosan izgalmakat keltenek az elkövetkező években."
Az új eredményeket november 20-án tették közzé a Nature folyóiratban.
