Το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi της NASA εξέτασε την πιο ισχυρή έκρηξη από την εποχή του Big Bang, ανακαλύπτοντας ένα μέχρι σήμερα αθέατο χαρακτηριστικό. Το χαρακτηριστικό αυτό θα μπορούσε να είναι το αποτέλεσμα της εξουδετέρωσης σωματιδίων ύλης και αντιύλης με ταχύτητα 99,9% της ταχύτητας του φωτός.
Η έκρηξη ήταν ένα παράδειγμα έκρηξης ακτίνων γάμμα (GRB). Όταν πρωτοεμφανίστηκε στις 9 Οκτωβρίου 2022 από το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi της NASA και το παρατηρητήριο Neil Gehrels Swift, ονομάστηκε GRB 221009A. Η ισχύς του GRB αποκαλύφθηκε σύντομα, και κέρδισε το παρατσούκλι το λαμπρότερο όλων των εποχών ή το «BOAT» (Brightest of All Time).
«Όσο καιρό είμαστε σε θέση να ανιχνεύουμε GRBs, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι αυτό το GRB είναι το λαμπρότερο που έχουμε δει ποτέ κατά 10 φορές ή και περισσότερο», εξήγησε ο Wen-fai Fong, αναπληρωτής καθηγητής Φυσικής και Αστρονομίας και επικεφαλής της ομάδας Fong στο Northwestern και ένας από τους ερευνητές που ανακάλυψαν το BOAT περίπου την εποχή που θεωρήθηκε τόσο εξαιρετικά λαμπρό.
Οι επιστήμονες θεωρούν ότι το BOAT εκτοξεύθηκε από μια έκρηξη σουπερνόβα που συνόδευσε τον θάνατο και την κατάρρευση ενός τεράστιου άστρου που βρίσκεται περίπου 2,4 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από εμάς. Το γεγονός αυτό άφησε πιθανότατα στο πέρασμά του μια μαύρη τρύπα.
«Λίγα λεπτά μετά την έκρηξη του BOAT, το όργανο παρακολούθησης εκρήξεων ακτίνων γάμμα του Fermi κατέγραψε μια ασυνήθιστη ενεργειακή αιχμή που τράβηξε την προσοχή μας», δήλωσε η επικεφαλής της έρευνας Maria Edvige Ravasio από το Πανεπιστήμιο Radboud. «Όταν είδα για πρώτη φορά αυτό το σήμα, ανατρίχιασα. Η έκτοτε ανάλυσή μας δείχνει ότι πρόκειται για την πρώτη γραμμή εκπομπής υψηλής αξιοπιστίας που έχει παρατηρηθεί ποτέ στα 50 χρόνια μελέτης των GRB».
Η πρώτη έκρηξη ακτίνων γάμμα παρατηρήθηκε το 1967 από τους αμερικανικούς δορυφόρους Vela, καταγράφηκε επίσημα δύο χρόνια αργότερα και στη συνέχεια αποκαλύφθηκε στο κοινό το 1973.
Έκτοτε, οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει πληθώρα GRBs, διαπιστώνοντας ότι αυτές οι σύντομες λάμψεις φωτός έχουν κοσμική προέλευση και είναι οι πιο ισχυρές και βίαιες εκρήξεις στο γνωστό Σύμπαν. Ο πιο συνηθισμένος τύπος GRB εμφανίζεται όταν αστέρια με μάζα τουλάχιστον οκτώ φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου εξαντλούν τα καύσιμα που απαιτούνται για την πυρηνική σύντηξη στους πυρήνες τους και δεν είναι πλέον σε θέση να αντισταθμίσουν την προς τα μέσα ώθηση της ίδιας τους της βαρύτητας, με αποτέλεσμα να καταρρέουν οι πυρήνες τους. Αυτό δημιουργεί μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα που διοχετεύει την ύλη στους πόλους της, εκτοξεύοντάς την ως πίδακες που ταξιδεύουν κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Όταν αυτοί οι πίδακες κατευθύνονται απευθείας προς τη Γη, τους βλέπουμε ως GRB.
Οι GRB είναι τόσο ισχυρές που αν μια από αυτές εκραγεί σε απόσταση λίγων χιλιάδων ετών φωτός από τη Γη, θα μπορούσε να εξαφανίσει τη ζωή στον πλανήτη μας διαταράσσοντας ή καταστρέφοντας την ατμόσφαιρα. Ωστόσο, ακόμη και ανάμεσα σε όλα αυτά τα τρομακτικά γεγονότα, το BOAT ξεχώρισε σχεδόν αμέσως.
Οι επιστήμονες προσδιόρισαν τελικά, χρησιμοποιώντας στατιστικά στοιχεία σχετικά με άλλα παρατηρηθέντα GRB, ότι ένα τόσο ισχυρό και φωτεινό γεγονός όπως το BOAT θα ήταν ορατό στον ουρανό πάνω από τη Γη μόλις μία φορά κάθε 10.000 χρόνια. Διαπίστωσαν επίσης ότι, παρά το γεγονός ότι συνέβη σε απόσταση 2,4 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, το BOAT είχε πράγματι αντίκτυπο στη γήινη ατμόσφαιρα.
Στις 9 Οκτωβρίου 2022, το φως ακτίνων γάμμα υψηλής ενέργειας από το BOAT διαπότισε τους περισσότερους ανιχνευτές ακτίνων γάμμα σε τροχιά, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που βρίσκονται στο Fermi. Αυτό στην πραγματικότητα απέτρεψε τη μέτρηση της πραγματικής ισχύος της έκρηξης στο πιο έντονο σημείο της διάρκειάς της. Ωστόσο, περίπου πέντε λεπτά μετά την ανίχνευση του BOAT, η ακτινοβολία εξασθένησε αρκετά ώστε το Fermi να μπορέσει να την ξαναδεί. Το τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα της NASA είδε ένα περίεργο χαρακτηριστικό στο φως του, ή στο «φάσμα» του, που ονομάζεται «υποτιθέμενη γραμμή εκπομπής».
Όταν το φως διέρχεται μέσα από την ύλη, επειδή τα στοιχεία απορροφούν και εκπέμπουν φως σε συγκεκριμένες συχνότητες, αφήνουν «αποτυπώματα» απορρόφησης και εκπομπής στο φως αυτό. Αυτό σημαίνει ότι οι επιστήμονες μπορούν να ανακατασκευάσουν τα στοιχεία από τα οποία πέρασε αυτό το φως και να προσδιορίσουν τις χημικές συνθέσεις των αντικειμένων με τα οποία αλληλεπίδρασε.
«Παρότι ορισμένες προηγούμενες μελέτες ανέφεραν πιθανές ενδείξεις για χαρακτηριστικά απορρόφησης και εκπομπής σε άλλες GRB, ο μετέπειτα έλεγχος αποκάλυψε ότι όλα αυτά θα μπορούσαν να είναι απλώς στατιστικές διακυμάνσεις. Αυτό που βλέπουμε στο BOAT είναι διαφορετικό», ανέφερε στην ανακοίνωση το μέλος της ομάδας Om Sharan Salafia του Αστεροσκοπείου INAF-Brera στο Μιλάνο. «Προσδιορίσαμε ότι οι πιθανότητες αυτό το χαρακτηριστικό να είναι απλώς μια διακύμανση θορύβου είναι λιγότερες από μία πιθανότητα στο μισό δισεκατομμύριο».
Η γραμμή εκπομπής που είδε το Fermi στο φως του BOAT διήρκεσε περίπου 40 δευτερόλεπτα, φτάνοντας σε μέγιστη ενέργεια 12 εκατομμυρίων ηλεκτρονιοβόλτ (MeV). Η ενέργεια του φωτός στην ορατή περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος είναι μεταξύ δύο και τριών ηλεκτρονιοβόλτ (eV).
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι γνωρίζουν τι προκάλεσε αυτό το χαρακτηριστικό. Κάθε σωματίδιο ύλης έχει ένα «δίδυμο» σωματίδιο αντιύλης. Όταν αυτά τα σωματίδια συναντώνται, εξαϋλώνονται, απελευθερώνοντας την ενέργειά τους πίσω στο Σύμπαν. Είναι πιθανό το φασματικό χαρακτηριστικό που είδε η ομάδα στο BOAT να προέρχεται από την εξαΰλωση των ηλεκτρονίων και των αντίστοιχων σωματιδίων αντιύλης, των ποζιτρονίων.
«Όταν ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο συγκρούονται, εξαϋλώνονται, παράγοντας ένα ζεύγος ακτίνων γάμμα με ενέργεια 0,511 MeV», δήλωσε στην ανακοίνωση το μέλος της ομάδας Gor Oganesyan από το επιστημονικό ινστιτούτο Gran Sasso. «Επειδή κοιτάμε μέσα στον πίδακα, όπου η ύλη κινείται με ταχύτητα σχεδόν φωτός, αυτή η εκπομπή μετατοπίζεται σημαντικά προς το μπλε και ωθείται προς πολύ υψηλότερες ενέργειες».
«Μετά από δεκαετίες μελέτης αυτών των απίστευτων κοσμικών εκρήξεων, δεν κατανοούμε ακόμη τις λεπτομέρειες του πώς λειτουργούν αυτοί οι πίδακες», δήλωσε το μέλος της ομάδας Elizabeth Hays, επιστήμονας του προγράμματος Fermi στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA.
Αν η ομάδα έχει δίκιο, τα σωματίδια πρέπει να ταξίδευαν με περίπου 99,9% της ταχύτητας του φωτός πριν αλληλοεξουδετερωθούν.
[via]
