По всей Вселенной, на расстоянии около 7,5 миллиардов световых лет, умирающая звезда испустила света, который когда-либо видели астрономы с самой высокой энергией. И эти легкие частицы, или фотоны, помогают астрономам понять, как эти частицы повышаются до таких экстремальных энергий.
Астрономы нашли фотоны сверхвысоких энергий, когда они смотрели на событие, называемое гамма-всплеском, или GRB. Предполагается, что в результате столкновения нейтронных звезд или коллапса массивной звезды гамма-всплески появляются внезапно, иногда на долю секунды. Один из этих мимолетных всплесков может выпустить больше энергии, чем солнце будет генерировать в течение всей своей жизни. Эти события трудно уловить, но послесвечение следует за взрывом. Свет от послесвечения тусклый, но длится дольше, что позволяет астрономам измерить его в деталях.
14 января 2019 года один такой гамма-всплеск, названный GRB 190114C, был обнаружен двумя космическими телескопами через автоматизированную систему. В течение 22 секунд астрономы на Земле направили свои наземные телескопы, чтобы измерить послесвечение после события.
«Мы искали более 20 лет», Размик Мирзоян, пресс-секретарь главного чернового телескопа гамма-визуализации атмосферы (MAGIC) сотрудничество и соавтор нового исследования, рассказал Live science. Мирзоян сказал, что им удалось найти это «не просто удача, а просто настойчивость».
В астрономических терминах это событие было относительно близко, что позволило астрономам измерить послесвечение в широком диапазоне длин волн. В течение следующих 10 дней ученые собрали данные с шести спутников и 15 наземных телескопов, которые регистрировали излучение в диапазоне длин волн от радио до ультрафиолетового света.
Анализируя измерения в первые десятки секунд после вспышки, астрономы нашли фотоны с энергиями триллионов электронвольт - это в триллионы раз больше энергии типичных фотонов, приходящих от Солнца.
В то время как фотоны с энергиями, превышающими 1 триллион электрон-вольт, были обнаружены ранее из других астрофизических источников, таких как остатки сверхновых, ни один из них, как известно, не был получен из GRB.
Многоволновые данные помогли астрономам установить, как частицы были заряжены. Фотоны с более низкой энергией были выпущены частицами, спиральными вокруг магнитных полей в процессе, известном как синхротронное излучение. Напротив, рекордные фотоны сверхвысоких энергий были ускорены в результате столкновений с электронами высоких энергий - вариация механизма, который ученые называют обратным комптоновским рассеянием. Полученные данные подтверждают теории о гамма-всплесках и помогают астрономам понять физику этих причудливых вспышек.
«Спустя более 50 лет с момента открытия GRB многие из их фундаментальных аспектов все еще остаются загадочными», - говорится в заявлении Мирзояна. «Открытие гамма-излучения от GRB 190114C… показывает, что взрывы GRB даже более мощные, чем предполагалось ранее».
В то время как астрономы долго искали такие фотоны сверхвысоких энергий, GRB 190114C не был редким событием, которое трудно уловить. Благодаря таким телескопам, как MAGIC и высокоэнергетическая стереоскопическая система (H.E.S.S.), которые предназначены для обнаружения гамма-лучей сверхвысоких энергий, и автоматизированным системам обнаружения начальных гамма-всплесков, ученые ожидают, что в будущем будет получено больше таких фотонов сверхвысоких энергий.
«Мы вступаем в новую эру открытия фотонов сверхвысоких энергий», - сказал в интервью Live Science по электронной почте Бинг Чжан, астрофизик из университета Невады в Лас-Вегасе, который не был связан с новым исследованием. «Поскольку в режиме высоких энергий ожидается богатая физика, эти наблюдения наверняка вызовут волнение в ближайшие годы».
Новые результаты были опубликованы 20 ноября в журнале Nature.
