في جميع أنحاء الكون ، على بعد حوالي 7.5 مليار سنة ضوئية ، أطلق نجم محتضر بعضًا من أعلى علماء الفلك الخفيف على الإطلاق. وهذه الجسيمات الضوئية ، أو الفوتونات ، تساعد علماء الفلك على فهم كيفية تعزيز هذه الجسيمات لهذه الطاقات الشديدة.
وجد الفلكيون الفوتونات ذات الطاقة الفائقة عندما كانوا ينظرون إلى حدث يسمى انفجار أشعة غاما ، أو GRB. يعتقد أن نتيجة اصطدام النجوم النيوترونية أو انهيار نجم ضخم ، تظهر انفجارات أشعة غاما فجأة ، وأحيانًا لجزء فقط من الثانية. يمكن لإحدى هذه الرشقات العابرة إطلاق طاقة أكثر مما تولده الشمس طوال حياتها. من الصعب التقاط هذه الأحداث ، لكن الشفق التالي يتبع الاندفاع. الضوء من الشفق يكون أكثر قتامة ولكنه يدوم لفترة أطول ، مما يسمح لعلماء الفلك بقياسه بالتفصيل.
في 14 يناير 2019 ، تم اكتشاف انفجار أشعة جاما واحد ، يسمى GRB 190114C ، بواسطة تلسكوبين فضائيين من خلال نظام آلي. في غضون 22 ثانية ، وجه علماء الفلك على الأرض تلسكوباتهم الأرضية لقياس الشفق التالي للحدث.
رازميك ميرزويان ، المتحدث باسم تلسكوبات Chermakov لتصوير جاما في الغلاف الجوي "لقد ظللنا نبحث منذ أكثر من 20 عامًا". (MAGIC) التعاون والمؤلف المشارك في الدراسة الجديدة ، أخبر Live Science. وقال ميرزويان إنهم تمكنوا من العثور على هذا ، "لم يكن مجرد حظ ، بل مجرد إصرار".
من الناحية الفلكية ، كان الحدث قريبًا نسبيًا ، مما سمح لعلماء الفلك بقياس الشفق التالي على مدى كبير من الأطوال الموجية. خلال الأيام العشرة التالية ، جمع العلماء بيانات من ستة أقمار صناعية و 15 تلسكوبًا أرضيًا اكتشفوا الإشعاع في أطوال موجية تتراوح من الراديو إلى الضوء فوق البنفسجي.
من خلال تحليل القياسات من العشرات من الثواني الأولى بعد الانفجار ، وجد الفلكيون فوتونات ذات طاقات تريليونات من الإلكترونات - وهذا يعني تريليونات أضعاف طاقة الفوتونات النموذجية القادمة من الشمس.
في حين تم اكتشاف الفوتونات ذات الطاقات التي تتجاوز 1 تريليون فولت إلكترون قبل مصادر الفيزيائية الفلكية الأخرى مثل بقايا المستعرات العظمى ، لم يكن معروفًا أنها نشأت من GRB.
ساعدت بيانات الطول الموجي المتعدد علماء الفلك على تحديد كيفية تنشيط الجسيمات. تم إطلاق الفوتونات ذات الطاقة المنخفضة بواسطة جسيمات تدور حول المجالات المغناطيسية في عملية تعرف باسم إشعاع السنكروترون. على النقيض من ذلك ، تم تسريع الفوتونات الفائقة الطاقة التي تحطمت الرقم القياسي من خلال التصادم مع الإلكترونات عالية الطاقة - وهو اختلاف في آلية يطلق عليها العلماء تناثر كومبتون المعكوس. تؤكد النتائج النظريات حول GRBs وتساعد الفلكيين على فهم فيزياء هذه الانفجارات الغريبة.
وقال ميرزويان في بيان "بعد أكثر من 50 عاما منذ اكتشاف GRBs لأول مرة ، لا تزال العديد من جوانبها الأساسية غامضة." "إن اكتشاف انبعاث أشعة جاما من GRB 190114C ... يُظهر أن انفجارات GRB أقوى مما كان يعتقد من قبل."
في حين كان الفلكيون يبحثون منذ فترة طويلة عن مثل هذه الفوتونات ذات الطاقة العالية ، لم يكن GRB 190114C حدثًا نادرًا - مجرد حدث يصعب التقاطه. بفضل التلسكوبات مثل MAGIC والنظام المجسم عالي الطاقة (H.E.S.S.) ، المصمم للكشف عن أشعة غاما ذات الطاقة الفائقة ، والأنظمة الآلية للكشف عن GRBs الأولية ، يتوقع العلماء التقاط المزيد من الفوتونات ذات الطاقة الفائقة في المستقبل.
وقال بينج زانج ، عالِم الفيزياء الفلكية بجامعة نيفادا ، لاس فيغاس ، الذي لم يشارك في الدراسة الجديدة ، لـ "لايف ساينس" في رسالة إلكترونية: "نحن ندخل حقبة جديدة من اكتشاف الفوتونات عالية الطاقة". "بما أن الفيزياء الغنية متوقعة في نظام الطاقة العالية ، فإن هذه الملاحظات ستجلب بالتأكيد الإثارة في السنوات القادمة."
تم نشر النتائج الجديدة في 20 نوفمبر في مجلة Nature.
