Supernovy sú jedny z najenergickejších udalostí vo vesmíre. Podskupina z nich zahŕňa záblesky gama žiarenia, kde veľká časť vyžarovanej energie pochádza z fotónov s extrémne vysokou energiou. Myslíme si, že vieme, prečo sa to vo všeobecnosti deje – čierna diera, ktorá zostala po výbuchu, vyvrhuje prúdy materiálu takmer rýchlosťou svetla. Ale podrobnosti o tom, ako a kde tieto prúdy produkujú fotóny, nie sú ani zďaleka úplne prepracované.

Bohužiaľ, tieto udalosti sa dejú príliš rýchlo a príliš ďaleko, takže nie je ľahké získať o nich podrobné poznámky. Nedávny záblesk gama žiarenia s názvom BOAT (Brightest Ever Recorded) nám však môže poskytnúť nové informácie o udalostiach v priebehu niekoľkých dní po výbuchu supernovy. Nový dokument popisuje údaje z ďalekohľadu, ktorý ukazoval správnym smerom a bol citlivý na extrémne vysokoenergetické žiarenie z udalosti.

Potrebujem sa osprchovať

Spomínaný „teleskop“ je Veľké observatórium vzduchových spŕch vo vysokej nadmorskej výške (LHAASO). Observatórium sa nachádza tri míle (4 400 metrov) nad morom a je súborom prístrojov, ktoré nie sú ďalekohľadom v tradičnom slova zmysle. Namiesto toho má zachytávať vzdušné sprchy – zložitý reťazec trosiek a fotónov, ktoré vznikajú pri zrážke vysokoenergetických častíc z vesmíru s atmosférou.

Aj keď sú detektory vzduchových spŕch obmedzené v porovnaní s konvenčnými teleskopmi, majú určité výhody, pokiaľ ide o udalosti, ako je LOĎ. Majú veľmi široké zorné pole, pretože sa v skutočnosti nepotrebujú natoľko sústrediť na udalosť, ako skôr na jej rekonštrukciu na základe fotónov a častíc, ktoré sa dostanú na zemský povrch. Sú citlivé iba na vysokoenergetické udalosti, čo znamená, že denné svetlo je príliš nízkoenergetické na to, aby rušilo, takže môžu pracovať nepretržite.

Pretože LHAASO získaval údaje, keď vybuchla supernova BOAT, jeho detektory nielen zachytili začiatok udalosti, ale boli schopné sledovať jej vývoj ešte niekoľko dní potom. Aj keď bolo priestorové rozlíšenie slabé, existovalo obrovské množstvo údajov, všetky oddelené vlnovou dĺžkou. Prvých 100 minút zaznamenalo detekciu viac ako 64 000 fotónov pri energiách presahujúcich 200 GeV. Pre kontext, premena celej hmotnosti protónu na energiu poskytuje len jeden GeV.

Jedna z prvých vecí, ktorá bola evidentná, bola, že existuje obrovský rozdiel medzi fotónmi s nižšími (ale stále veľmi vysokými!) energiami a fotónmi na extrémnejších koncoch elektromagnetického spektra. Údaje z fotónov, ktoré boli nad TeV, sa plynule menili v priebehu času, zatiaľ čo údaje v rozsahu megaelektrónvoltov kolísali hore a dole.

Pochopenie údajov

Výskumníci naznačujú, že tieto údaje sú v súlade s návrhom, že nízkoenergetické udalosti sú spôsobené prúdmi, ktoré interagujú s turbulentnými úlomkami supernovy. Pretože tieto úlomky by boli zložité a blízko zdroja prúdov, obmedzilo by to množstvo vesmírnych častíc v prúdoch, ktoré by sa museli zrýchliť, čím by sa znížila ich energia.

Naproti tomu fotóny s vyššou energiou vznikajú v oblastiach, kde výtrysky zoškrabali úlomky supernovy a začali interagovať s hmotou, ktorá tvorila okolie hviezdy – časticami pravdepodobne bombardovanými hviezdnym ekvivalentom slnečného vetra. Je to riedke a rovnomernejšie prostredie, čo umožňuje prúdom menej turbulentnú cestu na urýchlenie častíc na extrémne energie potrebné na produkciu fotónov s energiou vyššími ako TeV.

Aj keď sa zdá, že dostať sa cez úlomky supernovy je ťažké, proces prebieha veľmi rýchlo, pretože výtrysky urýchľujú častice takmer na rýchlosť svetla. Preto trvá len asi päť sekúnd, kým v dátach uvidíte rýchly nárast fotónov TeV.

Odtiaľ je to už miernejší zjazd, ktorý trvá asi 13 sekúnd. Výskumný tím, ktorý stojí za prácou, naznačuje, že ide o to, že prúdy interagujú a urýchľujú častice v prostredí za zvyškom hviezdy. To zvyšuje počet vysokoenergetických fotónov, ale zároveň odčerpáva časť energie preč z prúdov, pretože sú tlačené na väčšiu hromadu materiálu, keď postupujú prostredím.

Nakoniec táto akumulácia materiálu pritiahne dostatok energie na to, aby sa počet vysokoenergetických fotónov začal postupne znižovať. Tento pokles je dostatočne pomalý, takže trvá približne 11 minút.

V prípade supernovy BOAT nasledoval prudký pokles vysokoenergetických fotónov. Predpokladá sa, že je to spôsobené tým, že prúdy sa rozširujú, keď sa vzďaľujú od svojho zdroja, čo znamená, že loď bola taká jasná, ako sme ju pozorovali, pretože centrálne jadro jej prúdu smerovalo priamo na zem. Načasovanie tohto zostupu tiež poskytuje určité informácie o tom, aké široké je lietadlo v tomto čase.

O týchto udalostiach je stále čo učiť – stále si nie sme istí, ako čierne diery uvoľňujú výtrysky materiálu. Ale tieto druhy podrobných pozorovaní nám môžu poskytnúť lepšiu predstavu o načasovaní a dynamike tvorby trysiek, čo v konečnom dôsledku pomôže poskytnúť modely toho, čo sa deje počas tvorby čiernych dier a tvorby trysiek.

Veda, 2023. DOI: 10.1126/science.adg9328 (o DOI).