پرنورترین انفجار فضایی تا کنون نکات احتمالی از ماده تاریک را آشکار می کند

روز یکشنبه 9 اکتبر جودیت راکوزین در ارتفاع 35,000 فوتی در هوا، در مسیر کنفرانس اخترفیزیک با انرژی بالا، زمانی که بزرگترین انفجار کیهانی در تاریخ رخ داد. راکوسین، اخترفیزیکدان در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا در مریلند، گفت: فرود آمدم، به تلفنم نگاه کردم و ده ها پیام دریافت کردم. "این واقعا استثنایی بود."

این انفجار یک انفجار طولانی پرتو گاما بود، یک رویداد کیهانی که در آن یک ستاره عظیم در حال مرگ، جت‌های انرژی قدرتمندی را آزاد می‌کند که در یک سیاه‌چاله یا ستاره نوترونی فرو می‌ریزد. این انفجار خاص به قدری درخشان بود که تلسکوپ فضایی پرتو گامای فرمی را بیش از حد اشباع کرد، تلسکوپ ناسا که تا حدی برای رصد چنین رویدادهایی طراحی شده است. گفت: «فوتن‌های زیادی در ثانیه وجود داشت که نمی‌توانستند ادامه دهند». اندرو لواناخترفیزیکدان دانشگاه رادبود در هلند. حتی به نظر می رسد که این انفجار باعث شده یونوسفر زمین، لایه بالایی جو زمین، در اندازه متورم شود برای چند ساعت گفت: «این واقعیت که شما می‌توانید یونوسفر زمین را از جسمی در نیمه راه جهان تغییر دهید، بسیار باورنکردنی است. داگ ولش، ستاره شناس دانشگاه مک مستر در کانادا.

اخترشناسان با گستاخی آن را قایق - "روشن ترین تمام دوران" نامیدند - و شروع به فشردن آن برای کسب اطلاعات در مورد انفجارهای پرتو گاما و به طور کلی کیهان کردند. گفت: "حتی 10 سال آینده، درک جدیدی از این مجموعه داده ها وجود خواهد داشت." اریک برنز، اخترفیزیکدان دانشگاه ایالتی لوئیزیانا. "هنوز به من فکر نکرده است که این واقعاً اتفاق افتاده است."

تجزیه و تحلیل اولیه نشان می دهد که دو دلیل وجود دارد که چرا قایق بسیار درخشان بود. اول، حدود 2.4 میلیارد سال نوری از زمین رخ داده است - نسبتاً نزدیک به انفجار پرتو گاما (البته در خارج از کهکشان ما). همچنین به احتمال زیاد جت قدرتمند BOAT به سمت ما نشانه رفته است. این دو عامل با هم ترکیب شدند تا این اتفاق را به نوعی تبدیل کند که هر چند صد سال یک بار اتفاق می افتد.

شاید مهم ترین مشاهدات در چین اتفاق افتاد. در آنجا، در استان سیچوان، رصدخانه حمام هوایی با ارتفاع بالا (LHAASO) ذرات پرانرژی را از فضا ردیابی می کند. در تاریخ نجوم انفجار پرتو گاما، محققان تنها چند صد فوتون پر انرژی را دیده‌اند که از این اجرام می‌آیند. LHAASO اره 5,000 از این یک رویداد گفت: "ترفند پرتو گاما اساساً در آسمان مستقیماً بالای آنها منفجر شد." سیلویا زو، یک اخترفیزیکدان در الکترون سنکروترون آلمان (DESY) در هامبورگ.

در میان آن تشخیص‌ها، فوتونی مشکوک با انرژی بالا در ولتاژ 18 ترال‌الکترون ولت (TeV) بود - چهار برابر بیشتر از هر چیزی که قبلاً از انفجار پرتو گاما دیده می‌شد و پرانرژی‌تر از بالاترین انرژی‌هایی که توسط برخورد دهنده بزرگ هادرون به دست می‌آمد. چنین فوتون پرانرژی باید در راه رسیدن به زمین گم می شد و توسط برهمکنش با نور پس زمینه کیهان جذب می شد.

پس چگونه به اینجا رسید؟ یکی امکان این است که، به دنبال انفجار پرتو گاما، یک فوتون پرانرژی به یک ذره آکسیون مانند تبدیل شد. آکسیون ها ذرات سبک وزن فرضی هستند که ممکن است ماده تاریک را توضیح دهد; ذرات اکسیون مانند اندکی سنگین تر هستند. فوتون های پر انرژی می تواند باشد تبدیل به چنین ذرات توسط میدان های مغناطیسی قوی، مانند میدان های اطراف یک ستاره در حال انفجار. سپس این ذره آکسیون مانند بدون هیچ مانعی در سراسر وسعت فضا حرکت می کند. همانطور که به کهکشان ما رسید، میدان های مغناطیسی دوباره آن را به یک فوتون تبدیل می کرد و سپس راه خود را به زمین باز می کرد.

در هفته پس از کشف اولیه، تیم های متعددی از اخترفیزیکدانان این مکانیسم را پیشنهاد کرد در مقالات آپلود شده در سایت علمی preprint arxiv.org. جورجیو گالانتی، اخترفیزیکدان مؤسسه ملی اخترفیزیک (INAF) در ایتالیا، که یکی از نویسندگان یکی از این تحقیقات است، گفت: «این یک کشف بسیار باورنکردنی خواهد بود. اول از این مقالات.

با این حال، محققان دیگر تعجب می کنند که آیا تشخیص LHAASO ممکن است یک مورد از هویت اشتباه باشد. شاید فوتون پرانرژی از جای دیگری آمده باشد و زمان رسیدن درست آن صرفاً یک تصادف بوده است. گفت: "من خیلی شک دارم." میلنا کرنوگورچویچاخترفیزیکدان دانشگاه مریلند. من در حال حاضر تمایل دارم که این یک رویداد پس‌زمینه باشد.» (برای پیچیده تر کردن مسائل، یک رصدخانه روسی گزارش برخورد با یک فوتون 251 TeV با انرژی بالاتر که از انفجار می آید. راکوسین، معاون دانشمند پروژه در تلسکوپ فرمی، گفت: اما «هیئت منصفه هنوز در این مورد حاضر نیستند». "من کمی شک دارم.")

تاکنون تیم LHAASO نتایج دقیق مشاهدات خود را منتشر نکرده است. برنز، که یک همکاری جهانی برای مطالعه قایق را هماهنگ می کند، امیدوار است که این کار را انجام دهند. او گفت: "من بسیار کنجکاو هستم که ببینم آنها چه چیزی دارند." اما او می داند که چرا ممکن است درجه ای از احتیاط لازم باشد. برنز می‌گوید: «اگر من روی داده‌هایی نشسته بودم که حتی چند درصد احتمال اثبات ماده تاریک را داشتند، در حال حاضر فوق‌العاده محتاط بودم. کرنوگورچویچ گفت: اگر بتوان فوتون را به قایق متصل کرد، "به احتمال زیاد شواهدی از فیزیک جدید و ماده تاریک بالقوه خواهد بود." تیم LHAASO به یک درخواست برای اظهار نظر پاسخ نداد.

حتی بدون داده‌های LHAASO، مقدار بسیار زیاد نوری که از این رویداد مشاهده می‌شود، می‌تواند دانشمندان را قادر سازد تا به برخی از بزرگترین سؤالات در مورد انفجار پرتو گاما، از جمله معماهای بزرگ در مورد خود جت، پاسخ دهند. جت چگونه پرتاب می شود؟ چه چیزی در جت در حال انتشار به فضا می‌گذرد؟» گفت تایلر پارسوتن، یک اخترفیزیکدان در گدارد. "اینها واقعاً سؤالات بزرگی هستند."

سایر اخترفیزیکدانان امیدوارند که از قایق برای بررسی اینکه چرا فقط برخی از ستارگان در حال تبدیل شدن به ابرنواختر، انفجارهای پرتو گاما تولید می کنند، استفاده کنند. گفت: "این یکی از رازهای بزرگ است." ایوت سندس، ستاره شناس مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونیان. "این باید یک ستاره بسیار پرجرم باشد. کهکشانی مانند کهکشان ما ممکن است هر میلیون سال یک بار انفجار پرتو گاما تولید کند. چرا چنین جمعیت نادری انفجار پرتو گاما ایجاد می کند؟

اینکه آیا انفجار پرتو گاما منجر به یک سیاهچاله یا یک ستاره نوترونی در هسته ستاره فروپاش شده نیز می شود، یک سوال باز است. تجزیه و تحلیل اولیه قایق نشان می دهد که اولی در این مورد اتفاق افتاده است. برنز گفت: «انرژی زیادی در جت وجود دارد که اساساً باید یک سیاهچاله باشد.

آنچه مسلم است این است که این یک حادثه کیهانی است که برای بسیاری از عمرها تحت الشعاع قرار نخواهد گرفت. برنز گفت: «همه ما مدتها قبل از این که فرصت انجام این کار را پیدا کنیم، مرده خواهیم بود.