Po rozbłysku gamma, który oznaczono jako GBR 190829A, astronomowie zarejestrowali fotony promieniowania gamma o największych obserwowanych do tej pory energiach aż około 3.3 tera-elektronowolta (tera = 1 000 000 000 000) i najdłużej widoczną w fotonach gamma poświatę. Wyzwanie dla obowiązującej teorii tego zjawiska stanowi zaobserwowanie podobnego spadku emisji promieniowania w widmie w zakresie rentgenowskim oraz gamma.
Wykorzystując teleskop High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) w Namibii, astronomowie zaobserwowali najsilniejszą i najdłużej trwającą poświatę w zakresie promieniowania gamma po najpotężniejszych wybuchach we Wszechświecie jakimi są rozbłyski promieniowania gamma, które oznacza się skrótem GRB (od ang. Gamma-Ray Burst).
W dniu 29 sierpnia 2019 roku zaobserwowano rozbłysk gamma trwający długo jak na to zjawisko, którego źródłem był wygenerowany podczas kolapsu gwiazdy masywnej dżet z materią rozpędzoną prawie do prędkości światła. To zjawisko oznaczone jako GBR 190829A zostało zaobserwowane przez satelitę Fermi oraz Swift i następnie był obserwowany z Ziemi przez teleskop H.E.S.S. - gdy tylko poświata po GRB stała się widoczna.
Hipernowa. Wizja artystyczna pokazująca życie gwiazdy masywnej. W wyniku reakcji syntezy jądrowej z pierwiastków o mniejszych masach atomowych powstają cięższe. Gdy reakcje syntezy jądrowej nie są w stanie zapewnić wystarczającego ciśnienia, aby zrównoważyć siłę grawitacji - następuje w ułamku sekundy kolaps jądra masywnej gwiazdy i powstanie czarnej dziury. Teoretycznie pewna część energii uwolnionej podczas tego kolapsu może być uwolniona wzdłuż osi obrotu w postaci dżetu, który jest źródłem rozbłysku promieniowania gamma trwającego od milisekund do minut. Szacuje się, że gdyby po wybuchu supernowej znajdującej się w odległości kilku tysięcy lat świetlnych, taki dżet trafił w Ziemię, to mógłby zniszczyć biosferę (zniszczenie połowy ozonosfery, wytworzenie dwutlenku azotu NO2) i potencjalnie powodując masową zagładę. Źródło: National Science Foundation
Natychmiastowa reakcja i fakt, iż zjawisko nastąpiło dość blisko (około 1 miliard l.św.) pozwolił na bardzo szczegółowe jego zbadanie. Poświata była obserwowana przez trzy dni po GRB i zarejestrowano fotony gamma aż do energii około trylion razy większych niż fotony światła widzialnego (energia około ~3.3 TeV = ~3.3x1012 eV).
Wersja przewodnika NASA po widmie promieniowania elektromagnetycznego, na którym widać typy promieniowania z przykładami, częstotliwościami oraz temperaturą ciała doskonale czarnego, którego maksimum promieniowania jest na danej długości fali. W praktyce (zgodnie ze starszymi konwencjami nazewnictwa) promieniowanie rentgenowskie nakłada się na promieniowaniem gamma - szczególnie w zakresie wyższych częstotliwości, które określa się jako „twarde” promieniowanie X. Źródło: Wikipedia
Opublikowane w czasopiśmie Science wyniki analizy obserwacji GRB 190829A pokazały, że strumień energii fotonów w zakresie rentgenowskim oraz gamma spadał synchronicznie - co wskazuje na wspólny mechanizm tego zjawiska.
Naprawdę siedzieliśmy w „pierwszym rzędzie”, gdy zdarzył się ten rozbłysk gamma - powiedział dr Andrew Taylor z Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) w oświadczeniu - Mogliśmy obserwować poświatę przez kilka dni i niespotykane energie promieniowania gamma.
Nasze obserwacje ujawniły ciekawe podobieństwo pomiędzy emisjami promieniowania rentgenowskiego i gamma o bardzo dużej energii - dodała Sylvia Zhu (DESY)
Promieniowanie rentgenowskie z rozbłysku gamma zostało zarejestrowane przez satelitę Swift. Najbardziej energetyczne fotony promieniowania gamma wtargnęły do atmosfery ziemskiej - inicjując deszcz błysków, które zostały zarejestrowane przez znajdujące się na Ziemi teleskopy H.E.S.S. Jest to wizja artystyczna zjawiska z punktu obserwacyjnego kilkaset km nad powierzchnią Ziemi. Źródło: DESY, Science Communication Lab
Wizja artystyczna chwili, gdy bardzo energetyczne fotony z rozbłysku gamma GRB wlatują w atmosferę ziemską - inicjując deszcz błysków, które zostały zarejestrowane przez znajdujące się na Ziemi teleskopy H.E.S.S. Jest to wizja artystyczna zjawiska z punktu obserwacyjnego tuż przy teleskopach H.E.S.S. w Namibii. Źródło: DESY, Science Communication Lab
Są to niezwykle wartościowe obserwacje, ponieważ zgodnie z wiodącymi teoriami wyjaśniającymi zjawisko GRB promieniowanie rentgenowskie i gamma jest generowane za pomocą rożnych mechanizmów - co zupełnie nie zgadza się z tym co zarejestrowały teleskopy H.E.S.S.
Raczej mało prawdopodobne jest zaobserwowanie tak niezwykle podobnych widmowych i chwilowych charakterystyk w paśmie promieniowania rentgenowskiego i gamma o bardzo dużej energii, gdyby emisje w obu tych zakresach miały różne pochodzenie - zauważył współautor publikacji Dmitry Khangulyan z Rikkyo University (Tokio, Japonia).
GBR 190829A jest jednym z zaledwie czterech rozbłysków gamma zaobserwowanym z Ziemi w zakresie promieniowania gamma. Poprzednie trzy były znacznie bardziej odległe i znacznie słabsze (energia fotonów gamma nie przekraczała 1 TeV), a ich poświatę obserwowano przez znacznie krótszy czas (kilka godzin). Więc taka szczegółowa analiza nie była możliwa do przeprowadzenia.
Patrząc w przyszłość to , są obiecujące perspektywy detekcji rozbłysków promieniowania gamma przez instrumenty kolejnej generacji takie, jak Cherenkov Telescope Array, który jest właśnie budowany w chilijskich Andach i na kanaryjskiej wyspie La Palma – powiedział rzecznik H.E.S.S. Stefan Wagner z Landessternwarte w Heidelbergu – Dzięki obfitości rozbłysków gamma możemy oczekiwać, że częste detekcje w pasmach o bardzo dużych energiach raczej będą na porządku dziennym– co pozwoli w pełni zrozumieć fizykę tych zjawisk.
Więcej informacji:
Publikacja naukowa: Revealing x-ray and gamma ray temporal and spectral similarities in the GRB 190829A afterglow
Wersja darmowa arXiv: Revealing x-ray and gamma ray temporal and spectral similarities in the GRB 190829A afterglow
Front-row view reveals exceptional cosmic explosion
The Most Energetic And Longest Gamma-Ray Burst Afterglow Ever Has Been Detected
Źródło: DESY
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Na ilustracji: wizja artystyczna relatywistycznego dżetu generowanego podczas rozbłysku promieniowania gamma GRB (ang. gamma-ray burst), który emituje fotony o ogromnych energiach. Źródło: DESY, Science Communication Lab