Chińscy naukowcy osiągają pierwszy w historii kompletny zapis śmierci masywnej gwiazdy, potencjalnie „dokonując rewolucyjnych odkryć”

Zdjęcie demonstracyjne LHAASO wykonującego pierwszego w historii precyzyjnego pomiaru całego procesu erupcji fotonów o wysokiej energii.

W tej obserwacji LHAASO dokonał pierwszego precyzyjnego pomiaru pełnego procesu erupcji fotonów o wysokiej energii, dokonując kompleksowej obserwacji procesu zmiany światła w pasmach o wysokiej energii, czego nie osiągnięto w innych eksperymentach. Zapewnia to eksperymentalną podstawę do precyzyjnego testowania modeli teoretycznych - zauważyli naukowcy.

Około 2 miliardy lat temu gwiazda „supersłońce” o masie ponad 20 razy większej od Słońca wyczerpała swoje paliwo termojądrowe. W natychmiastowym zawaleniu wywołał potężną eksplozję, tworząc przedłużony rozbłysk promieniowania gamma, znany jako rozbłysk gamma (GRB), który trwał setki sekund.

Biliony elektronowoltowych fotonów gamma powstałych w wyniku zderzenia kuli ognia i materii międzygwiezdnej przemierzyły rozległy wszechświat, kierując się prosto w stronę Ziemi. 9 października 2022 r. te wysokoenergetyczne fotony gamma dotarły do ​​pola widzenia chińskiego LHAASO, a obiekt zebrał około 60 000 fotonów gamma.

Po miesiącach analiz wyniki badań związane z tymi obserwacjami zostały opublikowane online w piątek w prestiżowym międzynarodowym czasopiśmie naukowym Science.

GRB są uznawane za najpotężniejsze zjawiska wybuchowe we wszechświecie, z energią emitowaną w ciągu kilku sekund równoważną całkowitej energii promieniowania Słońca przez 10 miliardów lat. W ciągu ostatniego półwiecza badania wykazały, że GRB powstają w ekstremalnych środowiskach fizycznych charakteryzujących się intensywnymi polami magnetycznymi, silnymi siłami grawitacyjnymi i ultrawysokimi prędkościami.

GRB stały się głównym przedmiotem badań fizyki fundamentalnej w astrofizyce i fizyce podstawowej. Naukowcy mają nadzieję wykorzystać GRB do zbadania kosmicznej ewolucji, pochodzenia ciężkich pierwiastków i słuszności teorii względności, a także innych ważnych pytań.

Cao Zhen, główny naukowiec LHAASO i pracownik naukowy w Instytucie Fizyki Wysokich Energii Chińskiej Akademii Nauk, opisał pełne nagranie biliona elektronowoltów GRB jako „niezwykle szczęśliwe” w wywiadzie dla Global Times.

Cao powiedział, że to zdarzenie było niezwykle rzadkie – kiedy jasny GRB trwający kilkaset sekund dotarł na Ziemię po 2 miliardach lat podróży, LHAASO był jedynym na świecie detektorem naziemnym skierowanym bezpośrednio w stronę źródła, co pozwoliło na doskonałe uchwycenie tego widowiska astronomicznego.

Gao He, profesor z Wydziału Astronomii na Beijing Normal University, wyjaśnił, że w nocy 9 października 2022 r. rozbłysk wykryty przez Chiny był najjaśniejszym GRB, jaki kiedykolwiek zarejestrowano, a naukowcy szacują, że prawdopodobieństwo tak jasnego rozbłysku GRB na Ziemi zdarza się „raz na tysiąclecie”.

Po raz pierwszy LHAASO dostarczyło pełną krzywą blasku i widmo energii GRB w zakresie energii Teraelektronowoltów (TeV), znacznie poprawiając nasze zrozumienie mechanizmu promieniowania i struktury dżetu GRB, dodał Gao.

Zdaniem ekspertów obserwacja LHAASO ma szczególne znaczenie. Dai Zigao, jeden z autorów artykułu i profesor na Uniwersytecie Nauki i Technologii w Chinach, powiedział Global Times, że porównał zjawisko GRB do embrionu, a obserwacje LHAASO TeV ujawniły proces, w jaki to „zarodek” rozwinął się z „zapłodnionej komórki jajowej” w „płód”. Obserwacje można postrzegać jako „ultradźwięki”, dokładnie obserwujące ten proces, pozwalając ludziom po raz pierwszy uzyskać tak wszechstronne zrozumienie tego procesu.

Obecnie LHAASO zarejestrowało ponad 60 000 fotonów gamma z tego zdarzenia. Cao powiedział, że jest to zdumiewający zestaw danych, pokazujący niezwykłą jasność rozbłysku.

„LHAASO przeprowadził kompletną, podręcznikową obserwację procesu zmiany światła w pasmach wysokoenergetycznych, czego nie osiągnięto w innych eksperymentach. Zapewnia to eksperymentalną podstawę do precyzyjnego testowania modeli teoretycznych. Biorąc pod uwagę rzadkość takiego zdarzenia, oczekuje się, że wyniki tej obserwacji pozostaną optymalne przez kilka następnych dziesięcioleci, a nawet stuleci” – zauważył Cao.

Ponadto LHAASO dokonał pierwszego pomiaru procesu szybkiego wzmacniania strumienia fotonów o wysokiej energii. Yao Zhiguo, jeden z autorów artykułu, powiedział, że wierzy, że wyniki wywołają dogłębną dyskusję w całej społeczności naukowej na temat mechanizmów, takich jak wtrysk energii, absorpcja fotonów i przyspieszenie cząstek w GRB.

LHAASO odkrył również tajemnicę tego, jak rozbłysk stał się najjaśniejszym w historii. Dai zauważył, że to, że LHAASO znalazł się bezpośrednio naprzeciw najjaśniejszego jądra rozbłysku w naturalny sposób wyjaśnia, dlaczego ten GRB jest najjaśniejszym, jaki kiedykolwiek zarejestrowano, a ponadto wyjaśnia, dlaczego takie zdarzenia są niezwykle rzadkie.