Véletlenül van egy távcsövem, amely a valaha észlelt legfényesebb szupernóvára mutat – az Ars Technicára

A szupernóvák a világegyetem legenergetikusabb eseményei közé tartoznak. Ezek egy részhalmaza magában foglalja a gamma-kitöréseket, ahol a kibocsátott energia nagy része rendkívül nagy energiájú fotonokból származik. Azt hisszük, tudjuk, hogy ez általában miért történik – a robbanásból visszamaradt fekete lyuk szinte fénysebességgel löki ki az anyagsugarat. De annak részletei, hogy ezek a fúvókák hogyan és hol termelnek fotonokat, még közel sem teljesen kidolgozottak.

Sajnos ezek az események túl gyorsan és túl messze történnek, így nem könnyű részletes feljegyzéseket szerezni róluk. A BOAT (Brightest Ever Recorded) névre keresztelt közelmúltbeli gammasugár-kitörés azonban új információkkal szolgálhat a szupernóva-robbanást követő néhány napon belüli eseményekről. Egy új cikk egy teleszkóp adatait írja le, amelyek a megfelelő irányba mutattak, és érzékenyek az esemény rendkívül nagy energiájú sugárzására.

le kell zuhanyoznom

A fent említett „teleszkóp” az Nagy légzuhany obszervatórium nagy magasságban (LHAASO). A tengerszint felett három mérföldre (4400 méter) található obszervatórium olyan műszercsomag, amely nem a hagyományos értelemben vett távcső. Ehelyett a levegőzáporokat kellene rögzítenie – törmelékek és fotonok bonyolult láncolatát, amelyek akkor keletkeznek, amikor a világűrből származó nagy energiájú részecskék ütköznek a légkörrel.

Bár a hagyományos teleszkópokhoz képest korlátozottak, a légzuhany-érzékelőknek van néhány előnye az olyan események tekintetében, mint a BOAT. Nagyon széles látómezővel rendelkeznek, mert valójában nem is annyira egy eseményre kell fókuszálniuk, mint inkább rekonstruálniuk azt a Föld felszínét elérő fotonok és részecskék alapján. Csak a nagy energiájú eseményekre érzékenyek, ami azt jelenti, hogy a nappali fény túl alacsony energiájú ahhoz, hogy zavarjon, így éjjel-nappal működhetnek.

Mivel az LHAASO adatokat gyűjtött, amikor a BOAT szupernóva kitört, detektorai nemcsak az esemény kezdetét észlelték, hanem néhány napig követni tudták annak alakulását. Bár a térbeli felbontás rossz volt, hatalmas mennyiségű adat volt, mindegyik hullámhosszon elválasztva. Az első 100 percben több mint 64 000 fotont észleltek 200 GeV feletti energiánál. Kontextusban a proton teljes tömegének energiává alakítása egy GeV alatti hozamot eredményez.

Az egyik első dolog, ami nyilvánvalóvá vált, az volt, hogy óriási különbség van az alacsonyabb (de még mindig nagyon magas!) energiájú fotonok és az elektromágneses spektrum szélsőségesebb végein lévő fotonok között. A TeV feletti fotonokból származó adatok zökkenőmentesen változtak az idő múlásával, míg a megaelektronvoltos tartományban lévők felfelé és lefelé ingadoztak.

Az adatok megértése

A kutatók azt sugallják, hogy ezek az adatok összhangban vannak azzal a javaslattal, hogy az alacsony energiájú eseményeket a sugárzók és a szupernóva turbulens törmelékei közötti kölcsönhatás okozza. Mivel ez a törmelék összetett és közel áll a fúvókák forrásához, korlátozná a sugárban lévő űrrészecskék mennyiségét, amelyeknek fel kellene gyorsulniuk, így korlátozva az energiájukat.

Ezzel szemben a nagyobb energiájú fotonok azokon a területeken keletkeznek, ahol a fúvókák lekaparták a szupernóva törmelékét, és elkezdtek kölcsönhatásba lépni a csillag környezetét alkotó anyagokkal – olyan részecskékkel, amelyeket valószínűleg a napszél csillagszerű megfelelője bombáz. Ez egy ritkább és egységesebb környezet, amely lehetővé teszi a sugarak számára, hogy kevésbé turbulens utat kapjanak, hogy a részecskéket a TeV-nél nagyobb energiájú fotonok előállításához szükséges extrém energiákra gyorsítsák fel.

Míg a szupernóva-törmeléken túljutni nehéznek tűnik, a folyamat nagyon gyorsan megy végbe, mert a sugarak közel fénysebességre gyorsítják a részecskéket. Ezért csak körülbelül öt másodpercre van szükség ahhoz, hogy lássuk a TeV fotonok gyors növekedését az adatokban.

Innentől enyhébb lejtmenet van, ami körülbelül 13 másodpercig tart. A munka mögött álló kutatócsoport azt sugallja, hogy ez azt jelenti, hogy a sugarak kölcsönhatásba lépnek a környezet részecskéivel, és felgyorsítják a csillagmaradványon túl. Ez megnöveli a nagyenergiájú fotonok számát, ugyanakkor elvezeti az energia egy részét a sugaraktól, amint egy nagyobb halom anyaghoz nyomódnak, miközben áthaladnak a környezetben.

Végül ez az anyagfelhalmozódás elegendő energiát vesz fel ahhoz, hogy a nagy energiájú fotonok száma fokozatosan csökkenni kezd. Ez az esés elég lassú ahhoz, hogy körülbelül 11 percig tartson.

A BOAT szupernóva esetében ezt a nagy energiájú fotonok meredek csökkenése követte. Ezt feltehetően az okozza, hogy a fúvókák egyre szélesednek, ahogy távolodnak a forrástól, ami azt jelenti, hogy a csónak olyan fényes volt, mint amilyennek mi megfigyeltük, mivel a sugár központi magja közvetlenül a talaj felé mutatott. Ennek a süllyedésnek az időzítése is szolgál némi információval arról, hogy milyen széles a repülőgép jelenleg.

Még mindig sokat kell tanulni ezekről az eseményekről – még mindig nem tudjuk például, hogy a fekete lyukak hogyan bocsátanak ki anyagsugarat. De az ilyen jellegű részletes megfigyelések jobb képet adnak a sugárképződés időzítéséről és dinamikájáról, ami végső soron segít modellezni, hogy mi történik a fekete lyukak kialakulása és a sugárképződés során.

Tudomány, 2023. DOI: 10.1126/science.adg9328 (a DOI-król).