Wprowadzenie
W niedzielę 9 października Judyta Rakusin znajdował się 35,000 XNUMX stóp nad ziemią, w drodze na konferencję astrofizyki o wysokich energiach, kiedy miała miejsce największa kosmiczna eksplozja w historii. „Wylądowałem, spojrzałem na telefon i otrzymałem dziesiątki wiadomości” – powiedział Racusin, astrofizyk z NASA Goddard Space Flight Center w Maryland. „To było naprawdę wyjątkowe”.
Eksplozja była długim rozbłyskiem gamma, kosmicznym wydarzeniem, w którym masywna umierająca gwiazda uwalnia potężne strumienie energii, gdy zapada się w czarną dziurę lub gwiazdę neutronową. Ten szczególny rozbłysk był tak jasny, że przesycił Kosmiczny Teleskop Fermi Gamma, orbitujący teleskop NASA zaprojektowany częściowo do obserwacji takich zdarzeń. „Było tak dużo fotonów na sekundę, że nie mogły nadążyć” – powiedział Andrzej Levan, astrofizyk z Uniwersytetu Radboud w Holandii. Wydaje się, że wybuch spowodował nawet, że jonosfera Ziemi, górna warstwa ziemskiej atmosfery, uległa zniszczeniu puchnąć w rozmiarze przez kilka godzin. „Fakt, że możesz zmienić jonosferę Ziemi z obiektu znajdującego się w połowie wszechświata, jest dość niesamowity” – powiedział Douga Welcha, astronom z McMaster University w Kanadzie.
Astronomowie bezczelnie nazwali go ŁÓDKIEM – „najjaśniejszym wszechczasów” – i zaczęli go wyciskać w poszukiwaniu informacji o rozbłyskach gamma i ogólnie o kosmosie. „Nawet za 10 lat ten zestaw danych przyniesie nowe zrozumienie” — powiedział Erica Burnsa, astrofizyk z Louisiana State University. „Wciąż nie dotarło do mnie, że to się naprawdę wydarzyło”.
Wstępna analiza sugeruje, że istnieją dwa powody, dla których ŁÓDŹ była tak jasna. Po pierwsze, pojawił się około 2.4 miliarda lat świetlnych od Ziemi – dość blisko dla rozbłysków gamma (choć daleko poza naszą galaktyką). Jest również prawdopodobne, że potężny odrzutowiec BOAT był skierowany w naszą stronę. Te dwa czynniki złożyły się na to, że jest to wydarzenie, które zdarza się tylko raz na kilkaset lat.
Być może najważniejsza obserwacja miała miejsce w Chinach. Tam, w prowincji Syczuan, Obserwatorium Pryszniców Powietrznych na dużych wysokościach (LHAASO) śledzi wysokoenergetyczne cząstki z kosmosu. W historii astronomii rozbłysków gamma naukowcy widzieli zaledwie kilkaset wysokoenergetycznych fotonów pochodzących z tych obiektów. LHAASO piła 5,000 z tego jednego wydarzenia. „Błysk gamma w zasadzie rozszedł się na niebie bezpośrednio nad nimi” – powiedział Sylwia Zhu, astrofizyk w Niemieckim Synchrotronie Elektronowym (DESY) w Hamburgu.
Wśród tych odkryć był podejrzewany foton o wysokiej energii przy 18 teraelektronowoltach (TeV) — czterokrotnie wyższym niż wszystko, co widziano wcześniej w rozbłysku gamma i bardziej energetycznym niż najwyższe energie osiągalne przez Wielki Zderzacz Hadronów. Tak wysokoenergetyczny foton powinien zostać utracony w drodze na Ziemię, pochłonięty przez interakcje ze światłem tła wszechświata.
Więc jak się tu dostało? Jeden możliwość jest to, że po rozbłysku gamma wysokoenergetyczny foton został przekształcony w cząsteczkę podobną do aksonu. Aksiony to hipotetyczne lekkie cząstki, które może wyjaśnić ciemną materię; Uważa się, że cząstki podobne do aksjonu są nieco cięższe. Fotony o wysokiej energii mogą być przekształcone w takie cząstki przez silne pola magnetyczne, takie jak te wokół implodującej gwiazdy. Cząstka podobna do aksonu przemieszczałaby się wówczas bez przeszkód przez bezkres kosmosu. Gdy dotarł do naszej galaktyki, pola magnetyczne przekształciłyby go z powrotem w foton, który następnie trafiłby na Ziemię.
W tygodniu następującym po pierwszym wykryciu wiele zespołów astrofizyków zaproponował ten mechanizm w artykułach przesłanych do naukowej strony preprintów arxiv.org. „Byłoby to bardzo niesamowite odkrycie” – powiedział Giorgio Galanti, astrofizyk z Narodowego Instytutu Astrofizyki (INAF) we Włoszech, który był współautorem jednego z pierwszy z tych artykułów.
Jeszcze inni badacze zastanawiają się, czy wykrycie LHAASO może być przypadkiem błędnej tożsamości. Być może wysokoenergetyczny foton pochodził skądinąd, a jego właściwy czas nadejścia był po prostu zbiegiem okoliczności. „Jestem bardzo sceptyczny”, powiedział Milena Crnogorčević, astrofizyk na Uniwersytecie Maryland. „Obecnie skłaniam się ku temu, aby było to wydarzenie w tle”. (Aby jeszcze bardziej skomplikować sprawę, rosyjskie obserwatorium) zgłaszane uderzenie przez foton o jeszcze wyższej energii 251 TeV pochodzący z rozbłysku. Ale „jury nadal nie ma w tej sprawie”, powiedział Racusin, zastępca naukowca projektu w teleskopie Fermi. „Jestem trochę sceptyczny”).
Jak dotąd zespół LHAASO nie opublikował szczegółowych wyników swoich obserwacji. Burns, który koordynuje globalną współpracę w celu zbadania ŁODZI, ma nadzieję, że tak. „Jestem bardzo ciekawy, co mają” – powiedział. Ale rozumie, dlaczego pewna doza ostrożności może być uzasadniona. „Gdybym siedział na danych, które miały nawet kilka procent szans na zdefiniowanie dowodu ciemnej materii, byłbym w tej chwili niezwykle ostrożny” – powiedział Burns. Jeśli foton można połączyć z ŁODZIĄ, „najprawdopodobniej byłby to dowód nowej fizyki i potencjalnie ciemnej materii” – powiedział Crnogorčević. Zespół LHAASO nie odpowiedział na prośbę o komentarz.
Nawet bez danych LHAASO sama ilość światła widziana z tego zdarzenia może umożliwić naukowcom odpowiedź na niektóre z największych pytań dotyczących rozbłysków gamma, w tym na główne zagadki dotyczące samego dżetu. „Jak startuje odrzutowiec? Co się dzieje w odrzutowcu, gdy rozchodzi się w kosmos? powiedział Tylera Parsotana, astrofizyk w Goddard. „To są naprawdę duże pytania”.
Inni astrofizycy mają nadzieję, że wykorzystają BOAT do ustalenia, dlaczego tylko niektóre gwiazdy wytwarzają rozbłyski gamma, gdy przechodzą w supernową. „To jedna z wielkich tajemnic”, powiedział Yvette cendes, astronom z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. „To musi być bardzo masywna gwiazda. Galaktyka taka jak nasza może co milion lat wytwarzać rozbłysk gamma. Dlaczego tak rzadka populacja wytwarza rozbłyski gamma?”
Kwestią otwartą jest również to, czy rozbłyski gamma powodują powstanie czarnej dziury czy gwiazdy neutronowej w jądrze zapadniętej gwiazdy. Wstępna analiza BOAT sugeruje, że to pierwsze miało miejsce w tym przypadku. „W dżecie jest tak dużo energii, że w zasadzie musi to być czarna dziura” – powiedział Burns.
Pewne jest to, że jest to kosmiczny incydent, który nie zostanie przyćmiony przez wiele, wiele wcieleń. „Wszyscy umrzemy od dawna, zanim będziemy mieli szansę zrobić to ponownie”, powiedział Burns.
