Introduktion
Søndag den 9. oktober kl. Judith Racusin var 35,000 fod i luften, på vej til en højenergi astrofysikkonference, da den største kosmiske eksplosion i historien fandt sted. "Jeg landede, kiggede på min telefon og havde snesevis af beskeder," sagde Racusin, en astrofysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Maryland. "Det var virkelig enestående."
Eksplosionen var et langt gammastråleudbrud, en kosmisk begivenhed, hvor en massiv døende stjerne udløser kraftige stråler af energi, mens den kollapser til et sort hul eller neutronstjerne. Dette særlige udbrud var så lyst, at det overmættede Fermi Gamma-ray Space Telescope, et kredsende NASA-teleskop designet til dels til at observere sådanne begivenheder. "Der var så mange fotoner i sekundet, at de ikke kunne følge med," sagde Andrew Levan, astrofysiker ved Radboud Universitet i Holland. Udbruddet ser endda ud til at have fået Jordens ionosfære, det øverste lag af Jordens atmosfære, til at svulme i størrelse i flere timer. "Det faktum, at du kan ændre Jordens ionosfære fra et objekt halvvejs på tværs af universet er ret utroligt," sagde Doug Welch, en astronom ved McMaster University i Canada.
Astronomer kaldte den frækt BÅDEN - "hele tidens lyseste" - og begyndte at presse den for information om gammastråleudbrud og kosmos mere generelt. "Selv om 10 år vil der være ny forståelse fra dette datasæt," sagde Erik Burns, en astrofysiker ved Louisiana State University. "Det har stadig ikke helt slået mig, at det her virkelig skete."
Den indledende analyse tyder på, at der er to grunde til, at BÅDEN var så lys. For det første forekom det omkring 2.4 milliarder lysår fra Jorden - temmelig tæt på for gammastråleudbrud (dog langt uden for vores galakse). Det er også sandsynligt, at BÅDENs kraftige jetfly pegede mod os. De to faktorer kombinerede for at gøre dette til den slags begivenhed, der kun finder sted en gang hvert par hundrede år.
Måske den mest konsekvensobservation skete i Kina. Der, i Sichuan-provinsen, sporer Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) højenergipartikler fra rummet. I historien om gamma-ray burst astronomi har forskere kun set nogle få hundrede højenergifotoner, der kommer fra disse objekter. LHAASO så 5,000 fra denne ene begivenhed. "Gamma-stråleudbruddet gik dybest set ud på himlen direkte over dem," sagde Sylvia Zhu, en astrofysiker ved den tyske elektronsynkrotron (DESY) i Hamborg.
Blandt disse påvisninger var en formodet højenergifoton ved 18 teraelektronvolt (TeV) - fire gange højere end noget andet set fra et gamma-stråleudbrud før og mere energisk end de højeste energier, der kan opnås af Large Hadron Collider. Sådan en højenergifoton burde være gået tabt på vej til Jorden, absorberet af interaktioner med universets baggrundslys.
Så hvordan kom den hertil? En Muligheden er, at efter gammastråleudbruddet blev en højenergifoton omdannet til en axionlignende partikel. Axioner er hypotese letvægtspartikler, der kan forklare mørkt stof; axion-lignende partikler menes at være lidt heftigere. Højenergifotoner kunne være omdannet til sådanne partikler af stærke magnetiske felter, såsom dem omkring en imploderende stjerne. Den axion-lignende partikel ville derefter rejse uhindret tværs over det store rum. Da den ankom til vores galakse, ville magnetiske felter konvertere den tilbage til en foton, som derefter ville finde vej til Jorden.
I ugen efter den første påvisning, flere hold af astrofysikere foreslog denne mekanisme i artikler, der er uploadet til det videnskabelige preprint-websted arxiv.org. "Det ville være en meget utrolig opdagelse," sagde Giorgio Galanti, en astrofysiker ved National Institute for Astrophysics (INAF) i Italien, som var medforfatter til en af de første af disse papirer.
Men andre forskere spekulerer på, om LHAASO's påvisning kan være et tilfælde af fejlagtig identitet. Måske kom højenergifotonen fra et andet sted, og dens helt rigtige ankomsttid var simpelthen en tilfældighed. "Jeg er meget skeptisk," sagde Milena Crnogorčević, en astrofysiker ved University of Maryland. "Jeg hælder i øjeblikket til, at det er en baggrundsbegivenhed." (For yderligere at komplicere sagerne, et russisk observatorium rapporteret et hit af en endnu højere energi 251 TeV foton, der kommer fra burst. Men "juryen er stadig ude" på det, sagde Racusin, viceprojektforsker på Fermi-teleskopet. "Jeg er lidt skeptisk.")
Indtil videre har LHAASO-holdet ikke offentliggjort detaljerede resultater af deres observationer. Burns, der koordinerer et globalt samarbejde om at studere BÅDEN, håber, de gør. "Jeg er meget nysgerrig efter at se, hvad de har," sagde han. Men han forstår, hvorfor en grad af forsigtighed kan være berettiget. "Hvis jeg sad på data, der havde endda et par procents chance for at være definerende bevis på mørkt stof, ville jeg være ekstraordinært forsigtig i øjeblikket," sagde Burns. Hvis fotonen kan knyttes til BÅDEN, "ville det meget sandsynligt være bevis på ny fysik og potentielt mørkt stof," sagde Crnogorčević. LHAASO-teamet reagerede ikke på en anmodning om kommentar.
Selv uden LHAASOs data kunne den store mængde lys set fra begivenheden gøre det muligt for forskere at besvare nogle af de største spørgsmål om gammastråleudbrud, herunder store gåder om selve jetflyet. "Hvordan opsendes jetflyet? Hvad foregår der i jetflyet, mens det forplanter sig ud i rummet?” sagde Tyler Parsotan, en astrofysiker hos Goddard. "Det er virkelig store spørgsmål."
Andre astrofysikere håber at bruge BÅDEN til at finde ud af, hvorfor kun nogle stjerner producerer gammastråleudbrud, når de går til supernova. "Det er et af de store mysterier," sagde Yvette Cendes, en astronom ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. "Det skal være en meget massiv stjerne. En galakse som vores vil måske hver million år producere et gammastråleudbrud. Hvorfor laver en så sjælden befolkning gammastråleudbrud?"
Hvorvidt gammastråleudbrud resulterer i et sort hul eller en neutronstjerne i kernen af den kollapsede stjerne er også et åbent spørgsmål. En foreløbig analyse af BÅDEN tyder på, at førstnævnte skete i dette tilfælde. "Der er så meget energi i jetflyet, at det dybest set må være et sort hul," sagde Burns.
Hvad der er sikkert er, at dette er en kosmisk hændelse, som ikke vil blive formørket i mange, mange liv. "Vi vil alle være døde længe, før vi får chancen for at gøre dette igen," sagde Burns.
