Overalt i universet, ca. 7,5 milliarder lysår væk, frigav en døende stjerne nogle af de højeste energi lysastronomer nogensinde har set. Og disse lette partikler eller fotoner hjælper astronomer med at forstå, hvordan disse partikler styrkes til så ekstreme energier.
Astronomerne fandt ultrahøjenergifotonerne, mens de så på en begivenhed kaldet en gammastråle-burst, eller GRB. Tænkt som følge af kollisionen mellem neutronstjerner eller sammenbruddet af en massiv stjerne vises gamma-ray burst pludselig, undertiden kun i en brøkdel af et sekund. En af disse flygtige bursts kan frigive mere energi, end solen ville generere i hele sit liv. Disse begivenheder er svære at fange, men en efterglød følger brasten. Lyset fra eftergløden er svagere, men varer længere, så astronomer kan måle det detaljeret.
Den 14. januar 2019 blev en sådan gamma-ray burst, kaldet GRB 190114C, opdaget af to rumteleskoper gennem et automatiseret system. Inden for 22 sekunder dirigerede astronomer på Jorden deres jordbaserede teleskoper for at måle efterglødet efter begivenheden.
"Vi har været på udkig efter i mere end 20 år," sagde Razmik Mirzoyan, talsmand for de store atmosfæriske gamma-billedbehandling Cherenkov-teleskoper (MAGIC) samarbejde og medforfatter til den nye undersøgelse, fortalte Live science. At de var i stand til at finde denne, sagde Mirzoyan, "var ikke bare held, det er bare vedholdenhed."
På astronomisk vis var begivenheden relativt nær, hvilket gjorde det muligt for astronomer at måle eftergløden over en lang række bølgelængder. I løbet af de næste 10 dage indsamlede forskerne data fra seks satellitter og 15 jordbaserede teleskoper, der detekterede stråling i bølgelængder fra radio til ultraviolet lys.
Analyser af målingerne fra de første ti sekunder efter brasten fandt astronomer fotoner med energier fra billioner af elektronvolt - det er billioner gange gange energien fra de typiske fotoner kommer fra solen.
Mens fotoner med energier, der overstiger 1 billioner elektronvolt, er blevet påvist før andre astrofysiske kilder, såsom supernovaerester, var det ikke kendt, at nogen stammede fra en GRB.
Data med flere bølgelængder hjalp astronomerne med at bestemme, hvordan partiklerne blev tændt. Fotoner med lavere energi var blevet frigivet af partikler, der spiraliserede omkring magnetiske felter i en proces, der er kendt som synchrotronstråling. I modsætning hertil blev de rekordstore, ultrahøj-energi-fotoner fremskyndet gennem kollisioner med højenergi-elektroner - en variation på en mekanisme, som forskere kalder invers Compton-spredning. Resultaterne bekræfter teorier om GRB'er og hjælper astronomer med at forstå fysikken i disse bizarre bursts.
"Efter mere end 50 år siden GRB'er blev opdaget første gang, forbliver mange af deres grundlæggende aspekter stadig mystiske," sagde Mirzoyan i en erklæring. "Opdagelsen af gammastråleemission fra GRB 190114C ... viser, at GRB-eksplosionerne er endnu mere kraftfulde end troet før."
Mens astronomer længe har søgt efter sådanne ultrahøjenergi-fotoner, var GRB 190114C ikke en sjælden begivenhed - bare en, der er svært at fange. Takket være teleskoper som MAGIC og High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), som er designet til at detektere ultrahøjenergiske gammastråler og automatiserede systemer til at detektere indledende GRB'er, forventer forskere at fange flere sådanne ultrahøjenergi-fotoner i fremtiden.
"Vi går ind i en ny æra med at opdage fotoner med ultrahøj energi," fortalte Bing Zhang, en astrofysiker ved University of Nevada, Las Vegas, som ikke var involveret i den nye undersøgelse, til Live Science i en e-mail. "Da der forventes rig fysik i højenergiregimet, vil disse observationer med sikkerhed bringe spændinger i årene fremover."
De nye resultater blev offentliggjort den 20. november i tidsskriftet Nature.
