Beskrivning
Söndagen den 9 oktober kl. Judith Racusin var 35,000 XNUMX fot i luften, på väg till en astrofysikkonferens med hög energi, när den största kosmiska explosionen i historien ägde rum. "Jag landade, tittade på min telefon och fick dussintals meddelanden", säger Racusin, en astrofysiker vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Maryland. "Det var verkligen exceptionellt."
Explosionen var en lång gammastrålning, en kosmisk händelse där en massiv döende stjärna släpper lös kraftfulla strålar av energi när den kollapsar till ett svart hål eller neutronstjärna. Denna speciella explosion var så ljus att den övermättade Fermi Gamma-ray Space Telescope, ett kretsande NASA-teleskop designat delvis för att observera sådana händelser. "Det var så många fotoner per sekund att de inte kunde hänga med," sa Andrew Levan, en astrofysiker vid Radboud University i Nederländerna. Explosionen verkar till och med ha fått jordens jonosfär, det övre lagret av jordens atmosfär, att svälla i storlek i flera timmar. "Det faktum att du kan förändra jordens jonosfär från ett objekt halvvägs över universum är ganska otroligt," sa Doug Welch, en astronom vid McMaster University i Kanada.
Astronomer kallade den fräckt för BÅTEN - "den ljusaste genom tiderna" - och började klämma på den för information om gammastrålning och kosmos mer allmänt. "Även om 10 år kommer det att finnas ny förståelse från denna datauppsättning," sa Eric Burns, en astrofysiker vid Louisiana State University. "Det har fortfarande inte riktigt slagit mig att det här verkligen hände."
Den första analysen tyder på att det finns två anledningar till att BÅTEN var så ljus. För det första inträffade det cirka 2.4 miljarder ljusår från jorden - ganska nära för gammastrålning (men långt utanför vår galax). Det är också troligt att BÅTENs kraftfulla jetplan riktades mot oss. De två faktorerna kombinerade för att göra detta till den typ av händelse som bara inträffar en gång med några hundra års mellanrum.
Den kanske mest följdriktiga observationen hände i Kina. Där, i Sichuanprovinsen, spårar Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) högenergipartiklar från rymden. I gammastrålningsastronomins historia har forskare bara sett några hundra högenergifotoner som kommer från dessa objekt. LHAASO såg 5,000 från denna ena händelse. "Gammastrålningen gick i princip av på himlen direkt ovanför dem," sa Sylvia Zhu, en astrofysiker vid den tyska elektronsynkrotronen (DESY) i Hamburg.
Bland dessa upptäckter var en misstänkt högenergifoton vid 18 teraelektronvolt (TeV) - fyra gånger högre än något sett från en gammastrålning tidigare och mer energisk än de högsta energierna som kan uppnås av Large Hadron Collider. En sådan högenergifoton borde ha gått förlorad på vägen till jorden, absorberad av interaktioner med universums bakgrundsljus.
Så hur kom den hit? Ett Möjligheten är att efter gammastrålningen omvandlades en högenergifoton till en axionliknande partikel. Axioner är hypotesen lättviktspartiklar som kan förklara mörk materia; axionliknande partiklar tros vara något kraftigare. Högenergifotoner kan vara omvandlas till sådana partiklar av starka magnetfält, som de runt en imploderande stjärna. Den axionliknande partikeln skulle sedan obehindrat färdas genom rymdens storhet. När den anlände till vår galax skulle magnetfält omvandla den tillbaka till en foton, som sedan skulle ta sig till jorden.
Under veckan efter den första upptäckten, flera team av astrofysiker föreslog denna mekanism i artiklar som laddats upp till den vetenskapliga preprint-webbplatsen arxiv.org. "Det skulle vara en mycket otrolig upptäckt," sa Giorgio Galanti, en astrofysiker vid National Institute for Astrophysics (INAF) i Italien, som var medförfattare till en av första av dessa tidningar.
Ännu undrar andra forskare om LHAASO:s upptäckt kan vara ett fall av felaktig identitet. Kanske kom högenergifotonen från någon annanstans, och dess precis rätta ankomsttid var helt enkelt en slump. "Jag är väldigt skeptisk," sa Milena Crnogorčević, en astrofysiker vid University of Maryland. "Jag lutar just nu mot att det ska vara en bakgrundshändelse." (För att ytterligare komplicera saken, ett ryskt observatorium rapporterade en träff av en foton med ännu högre energi på 251 TeV som kommer från skuren. Men "juryn är fortfarande ute" om det, sa Racusin, biträdande projektforskare på Fermi-teleskopet. "Jag är lite skeptisk.")
Hittills har LHAASO-teamet inte släppt detaljerade resultat av sina observationer. Burns, som koordinerar ett globalt samarbete för att studera BÅTEN, hoppas att de gör det. "Jag är väldigt nyfiken på att se vad de har", sa han. Men han förstår varför en viss försiktighet kan vara motiverad. "Om jag satt på data som hade ens ett par procents chans att vara avgörande bevis på mörk materia, skulle jag vara extra försiktig för tillfället," sa Burns. Om fotonen kan kopplas till BÅTEN, "skulle det mycket troligt vara bevis på ny fysik och potentiellt mörk materia," sa Crnogorčević. LHAASO-teamet svarade inte på en begäran om kommentar.
Även utan LHAASOs data kan den stora mängden ljus som ses från händelsen göra det möjligt för forskare att svara på några av de största frågorna om gammastrålning, inklusive stora pussel om själva jetstrålen. "Hur lanseras jetplanet? Vad händer i jetplanet när det fortplantar sig ut i rymden?” sa Tyler Parsotan, en astrofysiker vid Goddard. "Det är riktigt stora frågor."
Andra astrofysiker hoppas kunna använda BÅTEN för att ta reda på varför bara vissa stjärnor producerar gammastrålning när de går till supernova. "Det är ett av de stora mysterierna," sa Yvette Cendes, en astronom vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. "Det måste vara en väldigt stor stjärna. En galax som vår kommer kanske varje miljon år att producera en gammastrålning. Varför gör en så sällsynt population gammastrålning?"
Huruvida gammastrålning resulterar i ett svart hål eller en neutronstjärna i kärnan av den kollapsade stjärnan är också en öppen fråga. En preliminär analys av BÅTEN tyder på att det förstnämnda hände i detta fall. "Det finns så mycket energi i jetplanet att det i princip måste vara ett svart hål", sa Burns.
Vad som är säkert är att detta är en kosmisk händelse som inte kommer att förmörkas på många, många liv. "Vi kommer alla att vara döda för länge sedan innan vi får chansen att göra det här igen," sa Burns.
