Umbes 7,5 miljardi valgusaasta kaugusel asuvas universumis vabastas surev täht ühed kõrgeima energiaga valgusastronoomid, mida eales nähtud. Ja need valgusosakesed ehk footonid aitavad astronoomidel mõista, kuidas neid osakesi võimendatakse sellistele äärmuslikele energiatele.
Astronoomid leidsid ülikõrge energiaga footonid, kui nad vaatasid sündmust, mida nimetatakse gammakiirguse purunemiseks ehk GRB. Arvatavalt neutronitähtede või massiivse tähe kokkupõrke tagajärjel ilmnevad gammakiirguspursked järsku, mõnikord vaid sekundi murdosa jooksul. Üks neist lendlevatest purunemistest võib kogu elu jooksul eraldada rohkem energiat, kui päike loodaks. Neid sündmusi on raske tabada, kuid plahvatusele järgneb järelviljakus. Järelvalgusest tulenev valgus on tuhm, kuid kestab kauem, võimaldades astronoomidel seda detailselt mõõta.
14. jaanuaril 2019 avastati automaatse süsteemi abil kaks sellist kosmoseteleskoobi abil sellist gammakiirguse purunemist, nimega GRB 190114C. Maa peal astronoomid suunasid 22 sekundi jooksul oma maapealse teleskoobi, et mõõta sündmusele järgnevat järelvalgust.
"Oleme otsinud kauem kui 20 aastat," ütles Cherenkovi teleskoopide suurima atmosfääri gamma pildistamise eestkõneleja Razmik Mirzoyan (MAGIC) koostöö ja uue uuringu kaasautor, rääkis Live science. Et nad selle üles leidsid, ütles Mirzoyan, et "see polnud lihtsalt õnn, vaid lihtsalt püsivus".
Astronoomilises plaanis oli sündmus suhteliselt lähedal, mis võimaldas astronoomidel mõõta järeltulekut lainepikkuste laias vahemikus. Järgmise 10 päeva jooksul kogusid teadlased andmeid kuue satelliidi ja 15 maapealse teleskoobi kohta, mis tuvastasid kiirguse lainepikkustel raadiosagedusest ultraviolettvalguseni.
Analüüsides mõõtmisi esimestest kümnetest sekunditest pärast lõhkemist, leidsid astronoomid footonid, mille energia on triljonit elektronvolti - see on triljoneid kordi päikeselt pärit tüüpiliste footonite energiat.
Kui enne teisi astrofüüsikalisi allikaid, näiteks supernoovade jäänuseid, on tuvastatud footonid energiaga üle 1 triljoni elektronvolti, siis teadaolevalt ei olnud need pärit GRB-st.
Mitme lainepikkuse andmed aitasid astronoomidel kindlaks teha, kuidas osakesed energiat said. Madalama energiaga footonid olid vabastatud osakestest, mis spiraalselt keerlesid ümber magnetväljade, mida nimetatakse sünkrotronkiirguseks. Seevastu rekordiliselt hädavajalikud ülikõrge energiaga footonid kiirendati kokkupõrgete kaudu kõrge energiaga elektronidega - variatsioon mehhanismis, mida teadlased nimetavad pöördkomptondi hajumiseks. Leiud kinnitavad GRB-de teooriaid ja aitavad astronoomidel mõista nende veidrate purskete füüsikat.
"Pärast enam kui 50 aastat pärast GRB-de esmakordset avastamist jäävad paljud nende põhiaspektid endiselt salapäraseks," ütles Mirzoyan oma avalduses. "Gammakiirguse emissiooni avastamine GRB 190114C-st ... näitab, et GRB-plahvatused on veelgi võimsamad, kui seni arvati."
Kui astronoomid on juba ammu otsinud selliseid ülikõrge energiaga footoneid, polnud GRB 190114C harv sündmus - lihtsalt selline, mida on raske tabada. Tänu teleskoopidele, nagu MAGIC ja High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), mis on loodud ülikõrge energiaga gammakiirte tuvastamiseks, ja automatiseeritud süsteemidele algsete GRBde tuvastamiseks loodavad teadlased tulevikus saada rohkem selliseid ülikõrge energiaga footoneid.
"Oleme jõudmas uude ülikõrge energiaga footonite avastamise ajastusse," rääkis Las Vegase Nevada ülikooli astrofüüsik Bing Zhang, kes polnud uue uuringuga seotud, Live Science'i e-kirjas. "Kuna suure energiatarbimisega režiimis on oodata rikkalikku füüsikat, tekitavad need tähelepanekud kindlasti põnevust ka järgmistel aastatel."
Uued tulemused avaldati 20. novembril ajakirjas Nature.
