Введение
В воскресенье, 9 октября, Джудит Ракузен находился в воздухе на высоте 35,000 XNUMX футов по пути на конференцию по астрофизике высоких энергий, когда произошел самый большой космический взрыв в истории. «Я приземлился, посмотрел в свой телефон и получил десятки сообщений», — сказал Ракузин, астрофизик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Мэриленде. «Это было действительно исключительно».
Взрыв был длительным гамма-всплеском, космическим событием, когда массивная умирающая звезда высвобождает мощные потоки энергии, коллапсируя в черную дыру или нейтронную звезду. Этот конкретный всплеск был настолько ярким, что перегрузил космический гамма-телескоп Ферми, орбитальный телескоп НАСА, частично предназначенный для наблюдения за такими событиями. «В секунду было так много фотонов, что они не успевали», — сказал Эндрю Леван, астрофизик из Университета Радбауд в Нидерландах. Взрыв, по-видимому, даже заставил ионосферу Земли, верхний слой земной атмосферы, увеличиваться в размерах в течение нескольких часов. «Тот факт, что вы можете изменить ионосферу Земли из объекта на другом конце Вселенной, довольно невероятен», — сказал он. Дуг Уэлч, астроном из Университета Макмастера в Канаде.
Астрономы дерзко назвали его ЛОДКОЙ — «самым ярким за все время» — и начали выжимать из него информацию о гамма-всплесках и космосе в целом. «Даже через 10 лет из этого набора данных будет новое понимание», — сказал он. Эрик Бернс, астрофизик из Университета штата Луизиана. «До меня до сих пор не совсем дошло, что это действительно произошло».
Первоначальный анализ предполагает, что есть две причины, по которым ЛОДКА была такой яркой. Во-первых, это произошло на расстоянии около 2.4 миллиарда световых лет от Земли — довольно близко для гамма-всплесков (хотя и далеко за пределами нашей галактики). Возможно также, что на нас была направлена мощная струя КАТЕРА. Сочетание двух факторов привело к тому, что это событие происходит только раз в несколько сотен лет.
Возможно, наиболее последовательное наблюдение произошло в Китае. Там, в провинции Сычуань, Большая обсерватория высотных воздушных ливней (LHAASO) отслеживает частицы высокой энергии из космоса. За всю историю астрономии гамма-всплесков исследователи видели лишь несколько сотен фотонов высокой энергии, исходящих от этих объектов. ЛХААСО увидел 5,000 из этого одного события. «Гамма-всплеск в основном произошел в небе прямо над ними», — сказал он. Сильвия Чжу, астрофизик Немецкого электронного синхротрона (DESY) в Гамбурге.
Среди этих обнаружений был предполагаемый высокоэнергетический фотон с энергией 18 тераэлектрон-вольт (ТэВ) — в четыре раза выше, чем что-либо, наблюдаемое во время гамма-всплеска ранее, и более энергичный, чем самые высокие энергии, достижимые на Большом адронном коллайдере. Такой высокоэнергетический фотон должен был быть потерян по пути к Земле, поглощенный взаимодействием с фоновым светом Вселенной.
Так как же оно сюда попало? Один возможность заключается в том, что после гамма-всплеска высокоэнергетический фотон превратился в аксионоподобную частицу. Аксионы являются гипотетическими легкими частицами, которые может объяснить темную материю; аксионоподобные частицы считаются немного тяжелее. Фотоны высоких энергий могут быть превращается в такие частицы сильными магнитными полями, например, вокруг взрывающейся звезды. Тогда аксионоподобная частица беспрепятственно путешествовала бы по просторам космоса. Когда он прибудет в нашу галактику, магнитные поля превратят его обратно в фотон, который затем отправится на Землю.
В течение недели после первоначального обнаружения несколько команд астрофизиков предложил этот механизм в статьях, загруженных на сайт научных препринтов arxiv.org. «Это было бы невероятное открытие», — сказал Джорджио Галанти, астрофизик из Национального института астрофизики (INAF) в Италии, соавтор одного из открытий. первая из этих статей.
Тем не менее, другие исследователи задаются вопросом, может ли обнаружение LHAASO быть случаем ошибочной идентификации. Возможно, высокоэнергетический фотон пришел откуда-то еще, и точное время его прибытия было просто совпадением. «Я настроен очень скептически, — сказал Милена Црногорчевич, астрофизик из Мэрилендского университета. «В настоящее время я склоняюсь к тому, чтобы это было фоновым событием». (Чтобы еще больше усложнить ситуацию, российская обсерватория переправу удар фотона еще более высокой энергии с энергией 251 ТэВ, исходящего от вспышки. Но «присяжные еще не пришли к этому», сказал Ракузен, заместитель научного сотрудника проекта на телескопе Ферми. «Я настроен немного скептически».)
Пока команда LHAASO не опубликовала подробных результатов своих наблюдений. Бернс, который координирует глобальное сотрудничество по изучению BOAT, надеется, что они это сделают. «Мне очень любопытно посмотреть, что у них есть, — сказал он. Но он понимает, почему может быть оправдана определенная степень осторожности. «Если бы я опирался на данные, у которых есть хотя бы несколько процентов шансов определить доказательство существования темной материи, я был бы чрезвычайно осторожен в данный момент», — сказал Бернс. Если фотон может быть связан с BOAT, «это, скорее всего, будет свидетельством новой физики и потенциально темной материи», — сказал Црногорчевич. Команда LHAASO не ответила на запрос о комментариях.
Даже без данных LHAASO огромное количество света, наблюдаемого в результате этого события, может позволить ученым ответить на некоторые из самых важных вопросов о гамма-всплесках, включая основные загадки о самой струе. «Как запускается самолет? Что происходит в струе, когда она распространяется в космос?» сказал Тайлер Парсотан, астрофизик Годдарда. — Это действительно большие вопросы.
Другие астрофизики надеются использовать BOAT, чтобы выяснить, почему только некоторые звезды производят гамма-всплески, когда становятся сверхновыми. «Это одна из самых больших загадок, — сказал Ивет Сендез, астроном Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. «Это должна быть очень массивная звезда. Галактика, подобная нашей, будет, возможно, раз в миллион лет производить гамма-всплеск. Почему такая редкая популяция испускает гамма-всплески?»
Вопрос о том, приводят ли гамма-всплески к черной дыре или нейтронной звезде в ядре сколлапсировавшей звезды, также остается открытым. Предварительный анализ ЛОДКИ позволяет предположить, что в данном случае произошло первое. «В струе так много энергии, что она должна быть черной дырой», — сказал Бернс.
Несомненно то, что это космическое происшествие, которое не затмит в течение многих, многих жизней. «Мы все будем давно мертвы, прежде чем у нас появится шанс сделать это снова», — сказал Бернс.
