Kosmiczne błyski gamma w o rekordowych energiach. Przełomowe odkrycie astrofizyków

Błyski gamma to najsilniejsze i zarazem najjaśniejsze eksplozje w kosmosie. Po dekadach poszukiwań naukowcy po raz pierwszy zarejestrowali to zjawisko w zakresie bardzo wysokich energii. W odkryciu brali udział badacze m.in. z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN i Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN.

Pięć olbrzymich teleskopów na afrykańskiej sawannie

Błyski gamma to najbardziej gwałtowne wybuchy znane we Wszechświecie. W ciągu kilku sekund generują tyle energii, ile Słońce w ciągu całego swojego życia. Uważa się, że powstają w czasie zapadania się jądra masywnej gwiazdy (w tzw. supernowej) lub poprzez połączenie się gwiazd neutronowych w układzie podwójnym.

Przełomowe odkrycie

Naukowcom udało się po raz pierwszy zarejestrować rozbłysk promieniowania gamma w zakresie bardzo wysokich energii (VHE). Tego przełomowego odkrycia dokonał w lipcu 2018 r. międzynarodowy zespół High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), a wyniki zostały opublikowane w listopadzie 2019 r. w prestiżowym czasopiśmie „Nature”.

Badacze korzystali z ogromnego 28-metrowego teleskopu, wchodzącego w skład sieci teleskopów H.E.S.S. w Namibii w Afryce. Wcześniej rozbłyski gamma były rejestrowane tylko przez satelity.

Rekordowa energia

Okazuje się, że błyski gamma wytwarzają jeszcze więcej promieniowania wysokoenergetycznego niż wcześniej sądzono. Dowodzą tego wspomniane obserwacje. Spróbujmy uporządkować temat.

Przez długi czas po błysku gamma obserwuje się poświatę w zakresie rentgenowskim, optycznym i radiowym. Energia krótkiego błysku gamma emitowana jest w postaci fotonów ok. miliona razy bardziej energetycznych niż fotony światła widzialnego. Promieniowanie złożone z takich fotonów można rejestrować wyłącznie przez instrumenty umieszczone na satelitach.

Pytanie, czy błyskowi takiego promieniowania gamma towarzyszy emisja w zakresie VHE (fotony o energii ok. 100 miliardów razy większej, niż fotony światła widzialnego) pozostawało do niedawna bez odpowiedzi.

Radość naukowców

20 lipca 2018 r. obserwatorium satelitarne Fermi, a parę sekund później obserwatorium satelitarne Swift, zaalarmowały świat o błysku gamma trwającym 50 sekund. Liczne obserwatoria optyczne rozpoczęły wkrótce obserwacje części nieba, z której pochodził błysk gamma, szukając poświaty w zakresie optycznym.

Dla sieci teleskopów obserwatorium H.E.S.S. owa lokalizacja stała się dostępna dopiero 10 godzin później. Mimo to zespół H.E.S.S. postanowił przeprowadzić obserwacje, licząc na zarejestrowanie w zakresie VHE poświaty błysku. Obserwacje zakończyły się sukcesem.

2-godzinne obserwacje H.E.S.S. wykazały obecność nowego źródła w tym samym miejscu, co wykryta wcześniej poświata optyczna. Takiego odkrycia oczekiwano już od ponad 10 lat, jednak nikt nie spodziewał się tak silnej poświaty tak długo po samym błysku.

Polski wkład w badania

W przełomowym odkryciu uczestniczyli Polacy z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN, Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN, Uniwersytetu Warszawskiego, Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu.

Kolejny błysk o rekordowej energii

Warto dodać, że podobnego odkrycia w styczniu 2019 r. dokonało niezależnie obserwatorium MAGIC zlokalizowane na La Palmie, w archipelagu Wysp Kanaryjskich. W projekcie tym brali udział m.in. badacze z Uniwersytetu Łódzkiego.

Źródło informacji: Instytut Fizyki Jądrowej PAN, Uniwersytet Łódzki

Artykuł w „Nature” o odkryciu zespołu H.E.S.S.

Zdjęcie: Teleskopy H.E.S.S. w Namibii. Fot. Klepser / Wikipedia / CC BY-SA 3.0