Τυχαίνει να έχω ένα τηλεσκόπιο που δείχνει προς το λαμπρότερο σουπερνόβα που έχει εντοπιστεί ποτέ – το Ars Technica

Οι σουπερνόβα είναι μερικά από τα πιο ενεργητικά γεγονότα στο σύμπαν. Ένα υποσύνολο αυτών περιλαμβάνει εκρήξεις ακτίνων γάμμα, όπου μεγάλο μέρος της ενέργειας που εκπέμπεται προέρχεται από εξαιρετικά υψηλής ενέργειας φωτόνια. Πιστεύουμε ότι γνωρίζουμε γιατί συμβαίνει γενικά αυτό – η μαύρη τρύπα που έχει απομείνει από την έκρηξη διώχνει πίδακες υλικού με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Αλλά οι λεπτομέρειες για το πώς και πού αυτοί οι πίδακες παράγουν φωτόνια δεν είναι σχεδόν πλήρως επεξεργασμένες.

Δυστυχώς, αυτά τα γεγονότα συμβαίνουν πολύ γρήγορα και πολύ μακριά, επομένως δεν είναι εύκολο να λάβετε λεπτομερείς σημειώσεις για αυτά. Ωστόσο, μια πρόσφατη έκρηξη ακτίνων γάμμα που ονομάστηκε BOAT (Brightest Ever Recorded) μπορεί να μας δώσει νέες πληροφορίες σχετικά με γεγονότα εντός λίγων ημερών από την έκρηξη σουπερνόβα. Ένα νέο έγγραφο περιγράφει δεδομένα από ένα τηλεσκόπιο που έδειχνε τη σωστή κατεύθυνση και ήταν ευαίσθητο στην εξαιρετικά υψηλής ενέργειας ακτινοβολία από το συμβάν.

πρέπει να κάνω ένα ντούζ

Το προαναφερθέν «τηλεσκόπιο» είναι Μεγάλο παρατηρητήριο ντους αέρα σε μεγάλο υψόμετρο (LHAASO). Τοποθετημένο τρία μίλια (4.400 μέτρα) πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, το παρατηρητήριο είναι μια σουίτα οργάνων που δεν είναι τηλεσκόπιο με την παραδοσιακή έννοια. Αντίθετα, υποτίθεται ότι συλλαμβάνει ντους αέρα – μια περίπλοκη αλυσίδα συντριμμιών και φωτονίων που παράγονται όταν σωματίδια υψηλής ενέργειας από το διάστημα συγκρούονται με την ατμόσφαιρα.

Αν και περιορισμένοι σε σύγκριση με τα συμβατικά τηλεσκόπια, οι ανιχνευτές ντους αέρα έχουν ορισμένα πλεονεκτήματα σε σχέση με γεγονότα όπως το BOAT. Έχουν ένα πολύ ευρύ οπτικό πεδίο επειδή δεν χρειάζεται πραγματικά να επικεντρωθούν σε ένα γεγονός τόσο πολύ όσο χρειάζεται να το ανακατασκευάσουν με βάση τα φωτόνια και τα σωματίδια που φτάνουν στην επιφάνεια της Γης. Είναι ευαίσθητα μόνο σε γεγονότα υψηλής ενέργειας, πράγμα που σημαίνει ότι το φως της ημέρας είναι πολύ χαμηλής ενέργειας για να παρεμβαίνει, ώστε να μπορούν να λειτουργούν όλο το εικοσιτετράωρο.

Επειδή το LHAASO έπαιρνε δεδομένα όταν ο σουπερνόβα BOAT εξερράγη, οι ανιχνευτές του όχι μόνο εντόπισαν την έναρξη του γεγονότος, αλλά ήταν σε θέση να παρακολουθήσουν την εξέλιξή του για αρκετές ημέρες μετά. Ενώ υπήρχε κακή χωρική ανάλυση, υπήρχε ένας τεράστιος όγκος δεδομένων, όλα χωρισμένα κατά μήκος κύματος. Τα πρώτα 100 λεπτά ανίχνευσαν περισσότερα από 64.000 φωτόνια σε ενέργειες άνω των 200 GeV. Για το περιβάλλον, η μετατροπή ολόκληρης της μάζας ενός πρωτονίου σε ενέργεια αποδίδει λίγο λιγότερο από ένα GeV.

Ένα από τα πρώτα πράγματα που ήταν εμφανές ήταν ότι υπήρχε τεράστια διαφορά μεταξύ των φωτονίων σε χαμηλότερες (αλλά ακόμα πολύ υψηλές!) ενέργειες και εκείνων στα πιο ακραία άκρα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Τα δεδομένα από φωτόνια που ήταν πάνω από το TeV άλλαξαν ομαλά με την πάροδο του χρόνου, ενώ εκείνα στην περιοχή μεγαηλεκτρονβολτ κυμάνθηκαν πάνω-κάτω.

Κατανόηση των δεδομένων

Οι ερευνητές προτείνουν ότι αυτά τα δεδομένα είναι συνεπή με την πρόταση ότι τα γεγονότα χαμηλής ενέργειας προκαλούνται από τους πίδακες που αλληλεπιδρούν με τα ταραχώδη συντρίμμια του σουπερνόβα. Επειδή αυτά τα συντρίμμια θα ήταν πολύπλοκα και κοντά στην πηγή των πίδακα, θα περιόριζε την ποσότητα των διαστημικών σωματιδίων στους πίδακες που θα έπρεπε να επιταχυνθούν, θέτοντας έτσι ένα όριο στην ενέργειά τους.

Αντίθετα, τα φωτόνια υψηλότερης ενέργειας παράγονται σε περιοχές όπου οι πίδακες έχουν αποξύνει τα συντρίμμια του σουπερνόβα και έχουν αρχίσει να αλληλεπιδρούν με την ύλη που αποτελούσε το περιβάλλον του άστρου – σωματίδια που πιθανότατα βομβαρδίζονται από το αστρικό ισοδύναμο του ηλιακού ανέμου. Είναι ένα πιο αραιό και ομοιόμορφο περιβάλλον, που επιτρέπει στους πίδακες μια λιγότερο τυρβώδη διαδρομή για να επιταχύνουν τα σωματίδια στις ακραίες ενέργειες που απαιτούνται για την παραγωγή φωτονίων ενεργειών υψηλότερες από το TeV.

Ενώ το να ξεπεράσετε τα συντρίμμια του σουπερνόβα φαίνεται δύσκολο, η διαδικασία συμβαίνει πολύ γρήγορα επειδή οι πίδακες επιταχύνουν τα σωματίδια σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Επομένως, χρειάζονται μόνο περίπου πέντε δευτερόλεπτα για να δείτε την ταχεία άνοδο των φωτονίων TeV στα δεδομένα.

Από εκεί, είναι μια πιο ήπια κατηφόρα που διαρκεί περίπου 13 δευτερόλεπτα. Η ερευνητική ομάδα πίσω από την εργασία προτείνει ότι αυτό περιλαμβάνει τους πίδακες που αλληλεπιδρούν και επιταχύνουν σωματίδια στο περιβάλλον πέρα ​​από το υπόλειμμα του αστεριού. Αυτό αυξάνει τον αριθμό των φωτονίων υψηλής ενέργειας, αλλά ταυτόχρονα αποστραγγίζει μέρος της ενέργειας μακριά από τους πίδακες καθώς ωθούνται πάνω σε ένα μεγαλύτερο σωρό υλικού καθώς προχωρούν στο περιβάλλον.

Τελικά, αυτή η συσσώρευση υλικού αντλεί αρκετή ενέργεια ώστε ο αριθμός των φωτονίων υψηλής ενέργειας αρχίζει να μειώνεται σταδιακά. Αυτή η πτώση είναι αρκετά αργή ώστε να διαρκεί περίπου 11 λεπτά περίπου.

Στην περίπτωση του σουπερνόβα BOAT, αυτό ακολουθήθηκε από μια απότομη πτώση των φωτονίων υψηλής ενέργειας. Αυτό πιστεύεται ότι οφείλεται στο ότι οι πίδακες φαρδαίνουν καθώς απομακρύνονται από την πηγή τους, πράγμα που σημαίνει ότι το σκάφος ήταν τόσο φωτεινό όσο το παρατηρήσαμε επειδή ο κεντρικός πυρήνας του πίδακα του ήταν στραμμένος απευθείας στο έδαφος. Ο χρόνος αυτής της καθόδου παρέχει επίσης κάποιες πληροφορίες σχετικά με το πλάτος του αεροσκάφους αυτή τη στιγμή.

Υπάρχουν ακόμη πολλά να μάθουμε για αυτά τα γεγονότα – δεν είμαστε ακόμα σίγουροι πώς οι μαύρες τρύπες απελευθερώνουν πίδακες υλικού στην πρώτη θέση, για παράδειγμα. Αλλά αυτού του είδους οι λεπτομερείς παρατηρήσεις μπορούν να μας δώσουν μια καλύτερη ιδέα για το χρονοδιάγραμμα και τη δυναμική του σχηματισμού πίδακα, κάτι που τελικά θα βοηθήσει στην παροχή μοντέλων για το τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια του σχηματισμού μαύρης τρύπας και του σχηματισμού πίδακα.

Science, 2023. DOI: 10.1126/science.adg9328 (σχετικά με τα DOI).