Giới thiệu
Vào Chủ nhật, ngày 9 tháng XNUMX, Judith Racusin đang ở độ cao 35,000 feet trong không trung, trên đường tới một hội nghị vật lý thiên văn năng lượng cao, khi vụ nổ vũ trụ lớn nhất trong lịch sử diễn ra. Racusin, nhà vật lý thiên văn tại Trung tâm Chuyến bay Vũ trụ Goddard của NASA ở Maryland, cho biết: “Tôi đã hạ cánh, nhìn vào điện thoại của mình và nhận được hàng tá tin nhắn. “Nó thực sự đặc biệt.”
Vụ nổ là một vụ nổ tia gamma kéo dài, một sự kiện vũ trụ trong đó một ngôi sao khổng lồ sắp chết giải phóng các tia năng lượng cực mạnh khi nó sụp đổ thành một lỗ đen hoặc sao neutron. Vụ nổ đặc biệt này sáng đến mức nó làm quá bão hòa Kính viễn vọng Không gian Tia Gamma Fermi, một kính viễn vọng quay quanh quỹ đạo của NASA được thiết kế một phần để quan sát các sự kiện như vậy. “Có quá nhiều photon mỗi giây khiến chúng không thể theo kịp,” cho biết Andrew Levan, một nhà vật lý thiên văn tại Đại học Radboud ở Hà Lan. Vụ nổ thậm chí dường như đã gây ra tầng điện ly của Trái đất, tầng trên của bầu khí quyển Trái đất, tăng kích thước trong vài giờ. “Việc bạn có thể thay đổi tầng điện ly của Trái đất từ một vật thể cách nửa vũ trụ là điều khá khó tin,” ông nói. Doug Welch, một nhà thiên văn học tại Đại học McMaster ở Canada.
Các nhà thiên văn học gọi nó một cách táo tợn là THUYỀN - “sáng nhất mọi thời đại” - và bắt đầu thu thập thông tin về các vụ nổ tia gamma và vũ trụ nói chung. “Thậm chí 10 năm nữa sẽ có những hiểu biết mới từ bộ dữ liệu này,” ông nói Eric Bỏng, một nhà vật lý thiên văn tại Đại học Bang Louisiana. “Tôi vẫn chưa hoàn toàn tin rằng điều này đã thực sự xảy ra.”
Phân tích ban đầu cho thấy có hai lý do khiến THUYỀN sáng như vậy. Đầu tiên, nó xảy ra cách Trái đất khoảng 2.4 tỷ năm ánh sáng — khá gần đối với các vụ nổ tia gamma (mặc dù nằm ngoài thiên hà của chúng ta). Cũng có khả năng là luồng phản lực mạnh mẽ của THUYỀN đã hướng về phía chúng tôi. Hai yếu tố kết hợp lại khiến đây là loại sự kiện chỉ xảy ra vài trăm năm một lần.
Có lẽ quan sát quan trọng nhất đã xảy ra ở Trung Quốc. Ở đó, tại tỉnh Tứ Xuyên, Đài quan sát vòi hoa sen trên không ở độ cao lớn (LHAASO) theo dõi các hạt năng lượng cao từ không gian. Trong lịch sử thiên văn vụ nổ tia gamma, các nhà nghiên cứu chỉ nhìn thấy vài trăm photon năng lượng cao phát ra từ những vật thể này. LHAASO thấy 5,000 từ một sự kiện này. “Vụ nổ tia gamma về cơ bản đã tắt trên bầu trời ngay phía trên họ,” nói Sylvia Zhu, một nhà vật lý thiên văn tại German Electron Synchrotron (DESY) ở Hamburg.
Trong số những phát hiện đó có một photon năng lượng cao bị nghi ngờ ở mức 18 teraelectron volt (TeV) — cao hơn bốn lần so với bất kỳ thứ gì nhìn thấy từ một vụ nổ tia gamma trước đó và có nhiều năng lượng hơn năng lượng cao nhất mà Máy Va chạm Hadron Lớn có thể đạt được. Một photon năng lượng cao như vậy lẽ ra đã bị mất trên đường đến Trái đất, bị hấp thụ bởi các tương tác với ánh sáng nền của vũ trụ.
Vậy làm thế nào nó đến được đây? Một khả năng nghĩa là, sau vụ nổ tia gamma, một photon năng lượng cao được chuyển đổi thành một hạt giống như axion. trục là những hạt nhẹ giả thuyết mà có thể giải thích vật chất tối; các hạt giống như axion được cho là nặng hơn một chút. Các photon năng lượng cao có thể là chuyển đổi thành các hạt như vậy bởi từ trường mạnh, chẳng hạn như từ trường xung quanh một ngôi sao đang nổ tung. Sau đó, hạt giống như axion sẽ di chuyển trong không gian rộng lớn mà không bị cản trở. Khi nó đến thiên hà của chúng ta, từ trường sẽ chuyển đổi nó trở lại thành một photon, sau đó sẽ tìm đường đến Trái đất.
Trong tuần sau phát hiện ban đầu, nhiều nhóm nhà vật lý thiên văn đề xuất cơ chế này trong các bài báo được tải lên trang web in sẵn khoa học arxiv.org. Giorgio Galanti, nhà vật lý thiên văn tại Viện Vật lý thiên văn quốc gia (INAF) ở Ý, đồng tác giả của một trong những nghiên cứu cho biết: “Đó sẽ là một khám phá rất đáng kinh ngạc. đầu tiên của những giấy tờ này.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu khác tự hỏi liệu phát hiện của LHAASO có thể là một trường hợp nhận dạng nhầm hay không. Có lẽ photon năng lượng cao đến từ một nơi nào đó khác, và thời điểm đến vừa phải của nó chỉ đơn giản là một sự trùng hợp ngẫu nhiên. “Tôi rất hoài nghi,” nói Milena Crnogorčević, một nhà vật lý thiên văn tại Đại học Maryland. “Tôi hiện đang nghiêng về phía nó là một sự kiện nền tảng.” (Để làm phức tạp thêm vấn đề, một đài quan sát của Nga báo cáo một cú đánh bởi một photon 251 TeV thậm chí còn năng lượng cao hơn phát ra từ vụ nổ. Racusin, phó nhà khoa học dự án về kính viễn vọng Fermi cho biết: “Bồi thẩm đoàn vẫn chưa đưa ra quyết định”. “Tôi hơi hoài nghi.”)
Cho đến nay, nhóm LHAASO vẫn chưa công bố kết quả chi tiết về các quan sát của họ. Burns, người đang điều phối một sự hợp tác toàn cầu để nghiên cứu THUYỀN, hy vọng họ sẽ làm được. “Tôi rất tò mò muốn xem họ có gì,” anh nói. Nhưng anh ấy hiểu tại sao cần phải cảnh giác ở một mức độ nào đó. “Nếu tôi đang ngồi trên dữ liệu thậm chí chỉ có vài phần trăm cơ hội để xác định bằng chứng về vật chất tối, tôi sẽ cực kỳ thận trọng vào lúc này,” Burns nói. Nếu photon có thể được liên kết với THUYỀN, thì “rất có thể đó sẽ là bằng chứng của vật lý mới và vật chất tối tiềm ẩn,” Crnogorčević nói. Nhóm LHAASO đã không trả lời yêu cầu bình luận.
Ngay cả khi không có dữ liệu của LHAASO, lượng ánh sáng tuyệt đối nhìn thấy từ sự kiện này có thể giúp các nhà khoa học trả lời một số câu hỏi lớn nhất về vụ nổ tia gamma, bao gồm cả những câu đố lớn về chính chiếc máy bay phản lực. “Máy bay phản lực được phóng như thế nào? Điều gì đang xảy ra trong chiếc máy bay phản lực khi nó đang lan truyền vào không gian?” nói Tyler Parsotan, một nhà vật lý thiên văn tại Goddard. “Đó thực sự là những câu hỏi lớn.”
Các nhà vật lý thiên văn khác hy vọng sử dụng BOAT để xác định lý do tại sao chỉ một số ngôi sao tạo ra các vụ nổ tia gamma khi chúng chuyển sang siêu tân tinh. “Đó là một trong những bí ẩn lớn,” nói Yvette Cendes, một nhà thiên văn học tại Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian. “Nó phải là một ngôi sao rất lớn. Một thiên hà như thiên hà của chúng ta có thể sẽ tạo ra một vụ nổ tia gamma cứ sau một triệu năm. Tại sao một quần thể hiếm hoi như vậy lại tạo ra các vụ nổ tia gamma?”
Liệu các vụ nổ tia gamma có dẫn đến lỗ đen hay sao neutron ở lõi của ngôi sao bị sụp đổ hay không cũng là một câu hỏi mở. Một phân tích sơ bộ về THUYỀN cho thấy rằng điều đầu tiên đã xảy ra trong trường hợp này. Burns nói: “Có quá nhiều năng lượng trong dòng phản lực, về cơ bản nó phải là một lỗ đen.
Điều chắc chắn là đây là một sự cố vũ trụ sẽ không bị lu mờ trong nhiều, nhiều kiếp. Burns nói: “Tất cả chúng ta sẽ chết từ lâu trước khi có cơ hội làm điều này một lần nữa.
