Kroz svemir, udaljen nekih 7,5 milijardi svjetlosnih godina, umiruća zvijezda pustila je neke od najvećih energija svjetlosti koje su astronomi ikada vidjeli. A ove svjetlosne čestice, odnosno fotoni, pomažu astronomima da shvate kako su te čestice potaknute na tako ekstremnu energiju.
Astronomi su pronašli fotone ultra-visoke energije dok su gledali događaj zvan gama zračenje, ili GRB. Mislili da su posljedica sudara neutronskih zvijezda ili kolapsa masivne zvijezde, gama zraci se pojavljuju iznenada, ponekad samo u djeliću sekunde. Jedan od tih kratkotrajnih rafala može osloboditi više energije nego što bi sunce stvorilo tijekom svog čitavog života. Te je događaje teško uhvatiti, ali prasak slijedi nakon praska. Svjetlost nakon svjetla je prigušena, ali traje dulje, što astronomima omogućuje da ih detaljno mjere.
Dana 14. siječnja 2019., dva takva svemirska teleskopa otkrila su jedan takav gama-rafal, nazvan GRB 190114C, kroz automatizirani sustav. U roku od 22 sekunde astronomi na Zemlji usmjerili su svoje zemaljske teleskope kako bi izmjerili naknadni sjaj nakon događaja.
"Mi smo to tražili duže od 20 godina", Razmik Mirzoyan, glasnogovornik Glavnog teleskopa s atmosferskom gami Imaren Čerenkov (MAGIC) i suautor nove studije, rekao je Live Science. To što su uspjeli pronaći, rekao je Mirzoyan, „nije bila puka sreća, već samo upornost“.
U astronomskom pogledu, događaj je bio relativno blizu, što je omogućilo astronomima da izmjere naknadni sjaj u velikom rasponu valnih duljina. Tijekom sljedećih 10 dana znanstvenici su prikupili podatke sa šest satelita i 15 zemaljskih teleskopa koji su otkrili zračenje valnih duljina u rasponu od radio do ultraljubičastog svjetla.
Analizirajući mjerenja prvih desetina sekundi nakon praska, astronomi su pronašli fotone s energijama trilijuna elektronvolta - to je trilijun puta više od energije tipičnih fotona koji dolaze sa sunca.
Dok su fotoni s energijom većom od 1 bilijuna elektrona volti otkriveni prije drugih astrofizičkih izvora, poput ostataka supernova, nije poznato da potiču iz GRB-a.
Podaci s više valova pomogli su astronomima da utvrde kako se čestice napajaju. Fotoni niže energije oslobođeni su česticama koje se spiralno okreću oko magnetskih polja u procesu poznatom kao sinhrotrono zračenje. Suprotno tome, rekordni fotonaponski ultrahigični fotoni ubrzani su sudarima visokoenergetskih elektrona - varijacija na mehanizmu koji znanstvenici nazivaju inverzno-Comptonovo rasipanje. Ova otkrića potvrđuju teorije o GRB-ima i pomažu astronomima da razumiju fiziku ovih bizarnih rafala.
"Nakon više od 50 godina od otkrića GRB-a, mnogi od njihovih temeljnih aspekata i dalje ostaju tajanstveni", rekao je Mirzoyan u izjavi. "Otkrivanje emisije gama zraka iz GRB 190114C ... pokazuje da su eksplozije GRB još snažnije nego što se mislilo prije."
Iako su astronomi dugo tragali za takvim ultrahigo-energetskim fotonima, GRB 190114C nije bio rijedak događaj - samo jedan koji je teško uhvatiti. Zahvaljujući teleskopima poput MAGIC i stereoskopskog sustava visoke energije (H.E.S.S.), koji su dizajnirani za otkrivanje ultra-visokih energetskih gama-zraka, i automatiziranim sustavima za otkrivanje početnih GRB-a, znanstvenici očekuju da će ubuduće uhvatiti više takvih ultra-visokih energija.
"Ulazimo u novu eru otkrivanja fotona ultra visoke energije", rekao je Bing Zhang, astrofizičar sa Sveučilišta u Nevadi, Las Vegas, koji nije bio uključen u novo istraživanje, e-poštom. "Budući da se očekuje bogata fizika u visokoenergetskom režimu, ta će promatranja sigurno donijeti uzbuđenje u godinama koje dolaze."
Novi rezultati objavljeni su 20. studenog u časopisu Nature.
