Вступ
У неділю, 9 жовтня ц. Джудіт Ракузін був на висоті 35,000 XNUMX футів у повітрі, прямуючи на конференцію з астрофізики високих енергій, коли стався найбільший космічний вибух в історії. «Я приземлився, подивився на свій телефон і отримав десятки повідомлень», — сказав Ракузін, астрофізик із Центру космічних польотів імені Годдарда НАСА в Меріленді. «Це було справді винятково».
Вибух був тривалим гамма-спалахом, космічною подією, коли масивна вмираюча зірка вивільняє потужні струмені енергії, коли вона колапсує в чорну діру або нейтронну зірку. Цей конкретний спалах був настільки яскравим, що перенаситив космічний гамма-телескоп Фермі, орбітальний телескоп НАСА, який частково розроблений для спостереження за такими подіями. «Було так багато фотонів на секунду, що вони не могли встигати», — сказав Андрій Леван, астрофізик з Університету Радбауд у Нідерландах. Здається, спалах навіть спричинив іоносферу Землі, верхній шар атмосфери Землі, збільшуватися в розмірах протягом кількох годин. «Той факт, що ти можеш змінити іоносферу Землі з об’єкта на півдорозі Всесвіту, є неймовірним», – сказав Дуг Велч, астроном Університету Макмастера в Канаді.
Астрономи зухвало назвали його ЧОВЕНОМ — «найяскравішим за всі часи» — і почали вимагати інформації про гамма-спалахи та космос загалом. «Навіть через 10 років з цього набору даних буде нове розуміння», — сказав Ерік Бернс, астрофізик в Університеті штату Луїзіана. «Я все ще не зовсім зрозумів, що це справді сталося».
Початковий аналіз показує, що є дві причини, чому ЧОВЕН був таким яскравим. По-перше, це сталося приблизно за 2.4 мільярда світлових років від Землі — досить близько для спалахів гамма-випромінювання (хоча й далеко за межами нашої галактики). Також цілком імовірно, що потужний реактивний літак ЧОВНА був спрямований на нас. Ці два фактори поєдналися, щоб зробити цю подію лише раз на кілька сотень років.
Мабуть, найбільш послідовне спостереження сталося в Китаї. Там, у провінції Сичуань, Велика висотна обсерваторія повітряних дощів (LHAASO) відстежує високоенергетичні частинки з космосу. За всю історію астрономії гамма-спалахів дослідники бачили лише кілька сотень високоенергетичних фотонів, що надходять від цих об’єктів. LHAASO пила 5,000 з цієї події. «Гамма-спалах фактично спалахнув у небі прямо над ними», — сказав Сільвія Чжу, астрофізик Німецького електронного синхротрона (DESY) у Гамбурзі.
Серед цих виявлень був ймовірно високоенергетичний фотон із напругою 18 тераелектронвольт (ТеВ) — у чотири рази вище, ніж усе, що спостерігалося під час спалаху гамма-випромінювання раніше, і енергійніше, ніж найвищі енергії, досягнуті Великим адронним колайдером. Такий високоенергетичний фотон мав бути втрачений на шляху до Землі, поглинений взаємодією з фоновим світлом Всесвіту.
Тож як воно сюди потрапило? Один можливість полягає в тому, що після спалаху гамма-випромінювання фотон високої енергії перетворювався на аксіоноподібну частинку. Аксіони є гіпотетичними легкими частинками, які може пояснити темну матерію; аксіоноподібні частинки вважаються трохи важчими. Фотони високої енергії можуть бути перетворюються на такі частинки сильними магнітними полями, такими як поля навколо зірки, що вибухає. Тоді частинка, схожа на аксіон, безперешкодно подорожуватиме безмежним простором. Коли він прибув до нашої галактики, магнітні поля перетворили б його назад на фотон, який потім потрапив би на Землю.
Протягом тижня після початкового виявлення кілька команд астрофізиків запропонував цей механізм у статтях, завантажених на сайт наукових препринтів arxiv.org. «Це було б дуже неймовірним відкриттям», — сказав Джорджіо Галанті, астрофізик з Національного інституту астрофізики (INAF) в Італії, який є співавтором одного з перший із цих документів.
Проте інші дослідники задаються питанням, чи може виявлення LHAASO бути випадком помилкової ідентифікації. Можливо, високоенергетичний фотон прийшов звідкись з іншого боку, і його правильний час прибуття був просто випадковим збігом. «Я дуже скептично налаштований», — сказав Мілена Црногорчевич, астрофізик Університету Меріленда. «Наразі я схиляюся до того, що це фонова подія». (Щоб ще більше ускладнити ситуацію, російська обсерваторія повідомляє удар фотона ще вищої енергії 251 ТеВ, що надходить від спалаху. Але «присяжні все ще не мають права» щодо цього, сказав Ракузін, заступник наукового співробітника проекту телескопа Фермі. «Я трохи скептичний».)
Поки що команда LHAASO не опублікувала детальних результатів своїх спостережень. Бернс, який координує глобальне співробітництво з вивчення ЧОВНА, сподівається, що так і буде. «Мені дуже цікаво подивитися, що вони мають», — сказав він. Але він розуміє, чому може бути виправдана певна обережність. «Якби я сидів на даних, які мали хоч кілька відсотків шансів стати доказом темної матерії, я був би надзвичайно обережним на даний момент», — сказав Бернс. Якщо фотон можна пов’язати з ЧОВНЕМ, «це дуже ймовірно буде доказом нової фізики та потенційно темної матерії», — сказав Црногорчевич. Команда LHAASO не відповіла на запит про коментарі.
Навіть без даних LHAASO величезна кількість світла, яке спостерігалося в результаті цієї події, могло б дати вченим змогу відповісти на деякі з найбільших питань про спалахи гамма-випромінювання, включаючи головні загадки про сам струмінь. «Як запускається реактивний літак? Що відбувається в джеті, коли він поширюється в космос?» сказав Тайлер Парсотан, астрофізик у Goddard. «Це справді великі питання».
Інші астрофізики сподіваються використати BOAT, щоб з’ясувати, чому лише деякі зірки створюють спалахи гамма-випромінювання, стаючи надновими. «Це одна з великих таємниць», — сказав Іветт Сендес, астроном Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики. «Це має бути дуже масивна зірка. Можливо, така галактика, як наша, кожні мільйон років вироблятиме гамма-спалах. Чому така рідкісна популяція робить гамма-спалахи?»
Питання, чи спалахи гамма-випромінювання призводять до чорної діри або нейтронної зірки в ядрі колапсованої зірки, також залишається відкритим. Попередній аналіз ЧОВНА показує, що в цьому випадку сталося перше. «У джеті стільки енергії, що він, по суті, має бути чорною дірою», — сказав Бернс.
Безсумнівно те, що це космічний інцидент, який не буде затьмарено ще багато-багато життів. «Ми всі давно помремо, перш ніж матимемо можливість зробити це знову», — сказав Бернс.
