Overalt i universitetet, rundt 7,5 milliarder lysår unna, ga en døende stjerne ut noen av de høyeste energi lysastronomene noensinne har sett. Og disse lette partiklene, eller fotonene, hjelper astronomer med å forstå hvordan disse partiklene styrkes til så ekstreme energier.
Astronomene fant fotografene med ultrahøy energi mens de så på en hendelse som ble kalt en gammastråle-burst, eller GRB. Tenkt å være et resultat av kollisjon av nøytronstjerner eller kollaps av en massiv stjerne, dukker det opp plutselig gammastråle, noen ganger bare i et brøkdel av et sekund. En av disse flyktige utbruddene kan frigjøre mer energi enn solen ville generert gjennom hele livet. Disse hendelsene er vanskelig å fange, men en etterglødning følger utbruddet. Lyset fra ettergløden er svakere, men varer lenger, slik at astronomer kan måle det i detalj.
14. januar 2019 ble en slik gamma-ray burst, kalt GRB 190114C, oppdaget av to romteleskoper gjennom et automatisert system. I løpet av 22 sekunder ledet astronomer på jorden sine bakkebaserte teleskoper for å måle ettergløden etter hendelsen.
"Vi har sett etter i mer enn 20 år," sa Razmik Mirzoyan, talsperson for Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescopes (MAGIC) samarbeid og medforfatter på den nye studien, fortalte Live science. At de klarte å finne denne, sa Mirzoyan, "var ikke bare flaks, det er bare utholdenhet."
I astronomiske termer var hendelsen relativt nær, noe som gjorde at astronomer kunne måle ettergløden over et stort utvalg av bølgelengder. I løpet av de neste ti dagene samlet forskerne data fra seks satellitter og 15 bakkebaserte teleskoper som oppdaget stråling i bølgelengder fra radio til ultrafiolett lys.
Analysere målingene fra de første titalls sekunder etter utbruddet, fant astronomer fotoner med energier fra billioner elektronvolt - det er billioner ganger energien til de typiske fotonene kommer fra solen.
Mens fotoner med energier som overstiger 1 billion billion elektron volt er blitt oppdaget før andre astrofysiske kilder som supernovaerester, var det ikke kjent at noen stammet fra en GRB.
Dataene med flere bølgelengder hjalp astronomene med å etablere hvordan partiklene ble strømforsynt. Fotoner med lavere energi hadde blitt frigitt av partikler som spiralerer rundt magnetfelt i en prosess kjent som synkrotronstråling. Derimot ble de rekordstore, ultrahøye energifotonene skyndet opp gjennom kollisjoner med høyenergi-elektroner - en variasjon på en mekanisme forskere kaller invers Compton-spredning. Funnene bekrefter teorier om GRB-er og hjelper astronomer med å forstå fysikken til disse bisarre utbruddene.
"Etter mer enn 50 år siden GRB-ene ble oppdaget, forblir mange av de grunnleggende aspektene fortsatt mystiske," sa Mirzoyan i en uttalelse. "Oppdagelsen av gammastråleutslipp fra GRB 190114C ... viser at GRB-eksplosjonene er enda kraftigere enn tenkt før."
Mens astronomer lenge har søkt etter slike ultrahøyenergi-fotoner, var ikke GRB 190114C en sjelden hendelse - bare en som er vanskelig å fange. Takket være teleskoper som MAGIC og High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), som er designet for å oppdage ultrahøyenergiske gammastråler, og automatiserte systemer for å oppdage første GRB-er, forventer forskere å fange flere slike ultrahøyenergi-fotoner i fremtiden.
"Vi går inn i en ny epoke med å oppdage fotoner med ultrahøy energi," sa Bing Zhang, en astrofysiker ved University of Nevada, Las Vegas, som ikke var involvert i den nye studien, til Live Science i en e-post. "Siden det forventes rik fysikk i høyenergi-regimet, vil disse observasjonene medføre begeistringer i årene fremover."
De nye resultatene ble publisert 20. november i tidsskriftet Nature.
