Introductie
Op zondag 9 oktober Judith Racusin was 35,000 voet in de lucht, op weg naar een high-energy astrofysica-conferentie, toen de grootste kosmische explosie in de geschiedenis plaatsvond. "Ik landde, keek op mijn telefoon en kreeg tientallen berichten", zegt Racusin, een astrofysicus bij het Goddard Space Flight Center van NASA in Maryland. โHet was echt uitzonderlijk.โ
De explosie was een lange gammastraaluitbarsting, een kosmische gebeurtenis waarbij een enorme stervende ster krachtige energiestralen ontketent terwijl hij ineenstort tot een zwart gat of een neutronenster. Deze specifieke uitbarsting was zo helder dat hij de Fermi Gamma-ray Space Telescope oververzadigde, een in een baan om de aarde draaiende NASA-telescoop die gedeeltelijk is ontworpen om dergelijke gebeurtenissen te observeren. "Er waren zoveel fotonen per seconde dat ze het niet bij konden houden," zei Andreas Levan, een astrofysicus aan de Radboud Universiteit in Nederland. De uitbarsting lijkt zelfs de ionosfeer van de aarde, de bovenste laag van de atmosfeer van de aarde, te hebben veroorzaakt zwellen in grootte gedurende enkele uren. "Het feit dat je de ionosfeer van de aarde kunt veranderen van een object halverwege het universum is behoorlijk ongelooflijk", zei hij Doug Welch, een astronoom aan de McMaster University in Canada.
Astronomen noemden het brutaal de BOOT - "de helderste aller tijden" - en begonnen erin te knijpen voor informatie over gammastraaluitbarstingen en de kosmos in het algemeen. "Zelfs over 10 jaar zullen er nieuwe inzichten uit deze dataset komen", zei Erik Brands, een astrofysicus aan de Louisiana State University. โHet dringt nog niet helemaal tot me door dat dit echt is gebeurd.โ
De eerste analyse suggereert dat er twee redenen zijn waarom de BOOT zo slim was. Ten eerste vond het plaats op ongeveer 2.4 miljard lichtjaar van de aarde - redelijk dichtbij voor gammastraaluitbarstingen (hoewel ver buiten ons melkwegstelsel). Het is ook waarschijnlijk dat de krachtige jet van de BOAT op ons gericht was. Door de combinatie van deze twee factoren is dit het soort gebeurtenis dat slechts eens in de paar honderd jaar voorkomt.
Misschien wel de meest consequente observatie vond plaats in China. Daar, in de provincie Sichuan, volgt het Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) hoogenergetische deeltjes vanuit de ruimte. In de geschiedenis van de gammastraaluitbarstingsastronomie hebben onderzoekers slechts een paar honderd hoogenergetische fotonen van deze objecten gezien. LHAASO zag 5,000 van dit ene evenement. "De gammastraaluitbarsting ging eigenlijk recht boven hen af โโin de lucht," zei Sylvia Zhu, een astrofysicus bij het Duitse Electron Synchrotron (DESY) in Hamburg.
Onder die detecties bevond zich een vermoedelijk hoogenergetisch foton van 18 tera-elektronvolt (TeV) - vier keer hoger dan alles wat eerder werd gezien bij een gammastraaluitbarsting en energieker dan de hoogste energieรซn die kunnen worden bereikt door de Large Hadron Collider. Zo'n hoogenergetisch foton had op weg naar de aarde verloren moeten gaan, geabsorbeerd door interacties met het achtergrondlicht van het universum.
Dus hoe is het hier gekomen? Een mogelijkheid is dat na de gammastraaluitbarsting een hoogenergetisch foton werd omgezet in een axionachtig deeltje. Axionen zijn veronderstelde lichtgewicht deeltjes die kan donkere materie verklaren; Aangenomen wordt dat axionachtige deeltjes iets zwaarder zijn. Hoogenergetische fotonen zouden dat kunnen zijn omgezet in zulke deeltjes door sterke magnetische velden, zoals die rond een imploderende ster. Het axionachtige deeltje zou dan ongehinderd door de uitgestrektheid van de ruimte reizen. Toen het in ons sterrenstelsel aankwam, zouden magnetische velden het weer omzetten in een foton, dat vervolgens zijn weg naar de aarde zou vinden.
In de week na de eerste detectie kwamen meerdere teams van astrofysici suggereerde dit mechanisme in artikelen die zijn geรผpload naar de wetenschappelijke preprint-site arxiv.org. "Het zou een zeer ongelooflijke ontdekking zijn", zegt Giorgio Galanti, een astrofysicus aan het Nationaal Instituut voor Astrofysica (INAF) in Italiรซ, die co-auteur was van een van de eerste van deze papieren.
Weer andere onderzoekers vragen zich af of de detectie van LHAASO een geval van identiteitsverwisseling zou kunnen zijn. Misschien kwam het hoogenergetische foton ergens anders vandaan en was de precies juiste aankomsttijd gewoon toeval. "Ik ben erg sceptisch", zei hij Milena Crnogorcevic, een astrofysicus aan de Universiteit van Maryland. "Ik neig er momenteel naar dat het een achtergrondgebeurtenis is." (Om de zaken nog ingewikkelder te maken, een Russisch observatorium gerapporteerd een hit door een foton van 251 TeV met een nog hogere energie die uit de uitbarsting komt. Maar "de jury is er nog niet uit", zei Racusin, plaatsvervangend projectwetenschapper op de Fermi-telescoop. "Ik ben een beetje sceptisch.")
Tot nu toe heeft het LHAASO-team geen gedetailleerde resultaten van hun waarnemingen vrijgegeven. Burns, die een wereldwijde samenwerking coรถrdineert om de BOAT te bestuderen, hoopt van wel. "Ik ben heel benieuwd wat ze hebben", zei hij. Maar hij begrijpt waarom enige voorzichtigheid gerechtvaardigd kan zijn. "Als ik op gegevens zou zitten die zelfs maar een paar procent kans hadden om het bepalende bewijs van donkere materie te zijn, zou ik op dit moment buitengewoon voorzichtig zijn", zei Burns. Als het foton kan worden gekoppeld aan de BOOT, "zou het zeer waarschijnlijk bewijs zijn van nieuwe fysica en mogelijk donkere materie", zei Crnogorฤeviฤ. Het LHAASO-team reageerde niet op een verzoek om commentaar.
Zelfs zonder de gegevens van LHAASO zou de enorme hoeveelheid licht die door de gebeurtenis wordt gezien, wetenschappers in staat kunnen stellen enkele van de grootste vragen over gammastraaluitbarstingen te beantwoorden, waaronder grote puzzels over de jet zelf. โHoe wordt de jet gelanceerd? Wat gebeurt er in de jet terwijl hij zich voortplant in de ruimte?โ gezegd Tyler Parsotan, een astrofysicus bij Goddard. "Dat zijn echt grote vragen."
Andere astrofysici hopen de BOAT te gebruiken om vast te stellen waarom slechts enkele sterren gammastraaluitbarstingen produceren als ze supernova worden. "Dat is een van de grote mysteries", zei hij Yvette Cendes, een astronoom aan het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. โHet moet een zeer massieve ster zijn. Een melkwegstelsel als het onze zal misschien elke miljoen jaar een gammastraaluitbarsting produceren. Waarom maakt zo'n zeldzame populatie gammastraaluitbarstingen?"
Of gammastraaluitbarstingen resulteren in een zwart gat of een neutronenster in de kern van de ingestorte ster is ook een open vraag. Een voorlopige analyse van de BOAT suggereert dat het eerste in dit geval is gebeurd. "Er zit zoveel energie in de jet dat het eigenlijk een zwart gat moet zijn", zei Burns.
Wat zeker is, is dat dit een kosmisch incident is dat gedurende vele, vele levens niet zal worden overschaduwd. "We zullen allemaal allang dood zijn voordat we de kans krijgen om dit opnieuw te doen," zei Burns.
