Introduksjon
Søndag 9. oktober kl. Judith Racusin var 35,000 XNUMX fot i luften, på vei til en høyenergi-astrofysikkkonferanse, da den største kosmiske eksplosjonen i historien fant sted. "Jeg landet, så på telefonen min og fikk dusinvis av meldinger," sa Racusin, en astrofysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Maryland. "Det var virkelig enestående."
Eksplosjonen var et langt gammastråleutbrudd, en kosmisk hendelse der en massiv døende stjerne slipper løs kraftige stråler av energi når den kollapser til et sort hull eller nøytronstjerne. Dette spesielle utbruddet var så lyst at det overmettet Fermi Gamma-ray Space Telescope, et kretsende NASA-teleskop designet delvis for å observere slike hendelser. "Det var så mange fotoner per sekund at de ikke klarte å følge med," sa Andrew Levan, en astrofysiker ved Radboud University i Nederland. Utbruddet ser til og med ut til å ha fått jordens ionosfære, det øvre laget av jordens atmosfære, til å svelle i størrelse i flere timer. "Det faktum at du kan endre jordens ionosfære fra et objekt halvveis over universet er ganske utrolig," sa Doug Welch, en astronom ved McMaster University i Canada.
Astronomer kalte den frekt BÅTEN – «tidenes lyseste» – og begynte å presse den for informasjon om gammastråleutbrudd og kosmos mer generelt. "Selv om 10 år fra nå vil det være ny forståelse fra dette datasettet," sa Eric Burns, en astrofysiker ved Louisiana State University. "Det har fortsatt ikke helt slått meg at dette virkelig skjedde."
Den første analysen tyder på at det er to grunner til at BÅTEN var så lyssterk. For det første skjedde det omtrent 2.4 milliarder lysår fra Jorden - ganske nær for gammastråleutbrudd (men godt utenfor galaksen vår). Det er også sannsynlig at BÅTENs kraftige jetfly ble rettet mot oss. De to faktorene kombinert for å gjøre dette til den typen hendelse som bare skjer en gang hvert par hundre år.
Den kanskje mest konsekvensobservasjonen skjedde i Kina. Der, i Sichuan-provinsen, sporer Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) høyenergipartikler fra verdensrommet. I historien til gamma-stråleutbruddsastronomi har forskere sett bare noen få hundre høyenergifotoner som kommer fra disse objektene. LHAASO så 5,000 fra denne ene begivenheten. "Gammastråleutbruddet gikk i utgangspunktet av på himmelen rett over dem," sa Sylvia Zhu, en astrofysiker ved den tyske elektronsynkrotronen (DESY) i Hamburg.
Blant disse deteksjonene var et mistenkt høyenergifoton ved 18 teraelektronvolt (TeV) - fire ganger høyere enn noe sett fra et gammastråleutbrudd før og mer energisk enn de høyeste energiene som kan oppnås med Large Hadron Collider. Et slikt høyenergifoton burde ha gått tapt på vei til jorden, absorbert av interaksjoner med universets bakgrunnslys.
Så hvordan kom den hit? En mulighet er at etter gammastråleutbruddet ble et høyenergifoton omdannet til en aksionlignende partikkel. Aksjoner er hypotese lette partikler som kan forklare mørk materie; aksion-lignende partikler antas å være litt heftigere. Høyenergifotoner kan være omdannes til slike partikler av sterke magnetiske felt, slik som de rundt en imploderende stjerne. Den aksion-lignende partikkelen ville da reise uhindret over det store rommet. Da den ankom galaksen vår, ville magnetiske felt konvertere den tilbake til et foton, som deretter ville komme seg til jorden.
I uken etter den første oppdagelsen, flere team av astrofysikere foreslo denne mekanismen i artikler lastet opp til det vitenskapelige preprint-nettstedet arxiv.org. "Det ville være en veldig utrolig oppdagelse," sa Giorgio Galanti, en astrofysiker ved National Institute for Astrophysics (INAF) i Italia, som var medforfatter av en av første av disse papirene.
Andre forskere lurer på om LHAASOs påvisning kan være et tilfelle av feilaktig identitet. Kanskje høyenergifotonet kom fra et annet sted, og dets akkurat riktige ankomsttid var rett og slett en tilfeldighet. "Jeg er veldig skeptisk," sa Milena Crnogorčević, en astrofysiker ved University of Maryland. "Jeg lener meg for øyeblikket mot at det skal være en bakgrunnsbegivenhet." (For å komplisere saken ytterligere, et russisk observatorium rapportert et treff av et enda høyere energi 251 TeV foton som kommer fra utbruddet. Men "juryen er fortsatt ute" på det, sa Racusin, assisterende prosjektforsker på Fermi-teleskopet. "Jeg er litt skeptisk.")
Så langt har ikke LHAASO-teamet gitt ut detaljerte resultater av sine observasjoner. Burns, som koordinerer et globalt samarbeid for å studere BÅTEN, håper de gjør det. "Jeg er veldig nysgjerrig på å se hva de har," sa han. Men han forstår hvorfor en viss grad av forsiktighet kan være berettiget. "Hvis jeg satt på data som til og med hadde noen få prosent sjanse for å være et definerende bevis på mørk materie, ville jeg vært usedvanlig forsiktig for øyeblikket," sa Burns. Hvis fotonet kan knyttes til BÅTEN, "ville det høyst sannsynlig være bevis på ny fysikk, og potensielt mørk materie," sa Crnogorčević. LHAASO-teamet svarte ikke på en forespørsel om kommentar.
Selv uten LHAASOs data, kan den store mengden lys sett fra hendelsen gjøre det mulig for forskere å svare på noen av de største spørsmålene om gammastråleutbrudd, inkludert store gåter om selve jetflyet. «Hvordan lanseres jetflyet? Hva skjer i jetflyet mens det forplanter seg ut i verdensrommet?» sa Tyler Parsotan, en astrofysiker ved Goddard. "Det er virkelig store spørsmål."
Andre astrofysikere håper å bruke BÅTEN for å finne ut hvorfor bare noen stjerner produserer gammastråleutbrudd når de går til supernova. "Det er et av de store mysteriene," sa Yvette Cendes, en astronom ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. "Det må være en veldig massiv stjerne. En galakse som vår vil kanskje hver million år produsere en gammastråleutbrudd. Hvorfor lager en så sjelden populasjon gammastråleutbrudd?»
Hvorvidt gammastråleutbrudd resulterer i et sort hull eller en nøytronstjerne i kjernen av den kollapsede stjernen er også et åpent spørsmål. En foreløpig analyse av BÅTEN tyder på at førstnevnte skjedde i denne saken. "Det er så mye energi i jetflyet at det i grunnen må være et svart hull," sa Burns.
Det som er sikkert er at dette er en kosmisk hendelse som ikke vil bli formørket på mange, mange liv. "Vi vil alle være døde før vi får sjansen til å gjøre dette igjen," sa Burns.
