Mekanismen for gammastråleudbrud fra rummet afkodes

Gammastråleudbrud, korte og intense glimt af energisk stråling, der kommer fra det ydre rum, er de lyseste eksplosioner i universet. Da gammastråler blokeres af atmosfæren, udbruddene blev opdaget ved et uheld i slutningen af ​​tresserne af Vela-satellitterne, forsvarssatellitter sendt for at overvåge menneskeskabte atomeksplosioner i rummet.

Siden deres opdagelse har udbruddene været i fokus for opmærksomhed med adskillige dedikerede satellitter opsendt for at udforske deres oprindelse. I slutningen af ​​halvfemserne blev det indset, at lange udbrud (der varer mere end et par sekunder) opstår under massive stjerners død og kollaps, mens man i det første årti af dette århundrede fandt ud af, at kortere udbrud (der varer mindre end et par sekunder) opstår i neutronstjernefusioner. Denne sidste erkendelse blev bekræftet dramatisk for to år siden med samtidige observationer af gravitationsbølger fra gravitationsbølgedetektorerne LIGO og Jomfruen og et kort udbrud af to satellitter, NASA's Fermi og ESA's integral.

Der var stadig mange mysterier, der involverede disse udbrud. Særligt gådefuldt var spørgsmålet, hvordan højenergistrålingen produceres. Sidste januar opdagede en gammastråledetektor ombord på NASAs Neil Gehrels Swift-satellit GRB 190114C, et lyst udbrud, der fandt sted for 4,5 milliarder år siden i en fjern galakse. Efter en trigger fra Swift, det MAGISKE teleskop, en Cherenkov-detektor ved Roque de los Muchachos-observatoriet i La Palma, Spanien, drejede mod udbruddets placering og detekterede ekstremt højenergifotoner (ved TeV-energier), der kom fra den. De ultrahøjenergi TeV-fotoner, som blev observeret omkring 50 sekunder efter den prompte emission, i den såkaldte efterglødende fase, var mindst 10 gange mere energiske end de fotoner med højeste energi, der tidligere er detekteret fra et burst.

Indtil videre er kun foreløbige data for MAGIC-observationerne blevet offentliggjort. Stadig, Prof. Evgeny Derishev fra Institut for Anvendt Fysik i Nizhny Novogorod og Prof. Tsvi Piran fra det hebraiske universitet i Jerusalem kombinerede disse data med observationer af lavere energi (røntgen) fotoner udført af Neil Gehrels Swift og har vist, at de afsløre detaljerne i emissionsmekanismen. I et papir offentliggjort i dag i Astrofysiske tidsskriftsbreve , forfatterne viser, at den observerede stråling må stamme fra en stråle, der bevæger sig med 0,9999 lysets hastighed mod os. Den højenergistråling, der blev observeret af MAGIC, blev udsendt af elektroner, der blev accelereret til TeV-energier i strålen. Emissionsprocessen kan også identificeres:Det er den såkaldte "inverse Compton-mekanisme", hvor ultrahøjenergielektroner kolliderer med lavenergifotoner og booster deres energi. Det er bemærkelsesværdigt, at de samme relativistiske elektroner også producerer lavenergi-"frø"-fotoner via synkrotronstråling.

"MAGIC har fundet Rosetta-stenen af ​​gamma-stråleudbrud, " siger Prof. Piran. "Denne unikke detektion gør det muligt for os for første gang at skelne mellem forskellige emissionsmodeller og opdage, hvad der er de nøjagtige forhold i eksplosionen. Vi kan også forstå nu, hvorfor sådan stråling ikke blev observeret i fortiden." Fremtidige Cherenkov-teleskoper såsom det planlagte Cherenkov Telescope Array, et multinationalt projekt under opførelse, vil være meget mere følsom end MAGIC. Den nuværende opdagelse antyder, at mange andre sådanne begivenheder vil blive opdaget i fremtiden og vil fortsætte med at kaste lys over dette kosmiske mysterium.