Di seluruh alam semesta, kira-kira 7.5 bilion tahun cahaya jauh, bintang yang mati mengeluarkan beberapa ahli astronomi cahaya yang paling tinggi pernah dilihat. Dan zarah-zarah cahaya, atau foton, membantu para astronom memahami bagaimana zarah-zarah ini didorong oleh tenaga yang melampau.
Ahli astronomi mendapati foton ultrahigh-tenaga semasa mereka melihat peristiwa yang dipanggil ray-ray burst, atau GRB. Pemikiran yang disebabkan oleh perlanggaran bintang neutron atau keruntuhan bintang besar, pecahan sinar gamma muncul tiba-tiba, kadang-kadang hanya untuk pecahan sesaat. Salah satu letupan yang pantas ini dapat melepaskan lebih banyak tenaga daripada matahari akan menjana seluruh kehidupannya. Peristiwa-peristiwa ini sukar untuk ditangkap, tetapi selepas itu pecah. Cahaya dari afterglow adalah redup tetapi bertahan lebih lama, membolehkan ahli astronomi mengukurnya secara terperinci.
Pada 14 Jan, 2019, satu pecah sinar gamma yang dinamakan GRB 190114C, ditemui oleh dua teleskop ruang melalui sistem automatik. Dalam masa 22 saat, ahli astronomi di Bumi mengarahkan teleskop berasaskan tanah mereka untuk mengukur selepas menyusup peristiwa tersebut.
"Kami telah mencari untuk lebih daripada 20 tahun," kata Razmik Mirzoyan, jurucakap Gamma Major Imaging Atmospheric Imaging Cherenkov Telescopes (Kerjasama MAGIC) dan pengarang bersama mengenai kajian baru ini, memberitahu sains Live. Bahawa mereka dapat mencari yang ini, Mirzoyan berkata, "tidak semata-mata, ini hanya kegigihan."
Dalam istilah astronomi, peristiwa itu agak dekat, yang membolehkan para astronom mengukur gumpalan selepas pelbagai panjang gelombang. Sepanjang 10 hari ke depan, para saintis mengumpulkan data dari enam satelit dan 15 teleskop berasaskan tanah yang mengesan radiasi dalam gelombang panjang dari radio ke cahaya ultraviolet.
Menganalisis pengukuran dari puluhan detik selepas pecah, para astronom mendapati foton dengan tenaga trilion elektronvolt - itu trilion kali tenaga foton tipikal yang berasal dari matahari.
Walaupun foton dengan tenaga yang melebihi 1 trilion voltan elektron telah dikesan sebelum ini daripada sumber astrofizik lain seperti sisa supernova, tiada yang diketahui berasal dari GRB.
Data multiwavelength membantu astronomi menentukan bagaimana zarah-zarah itu bertenaga. Foton tenaga yang lebih rendah telah dilepaskan oleh zarah-zarah yang merebak di sekeliling medan magnet dalam suatu proses yang dikenali sebagai radiasi sinarrotron. Sebaliknya, memecahkan rekod, foton ultrahigh-tenaga telah meningkat melalui perlanggaran dengan elektron tenaga tinggi - suatu perubahan pada mekanisme saintis memanggil penyebaran inverse-Compton. Penemuan mengesahkan teori mengenai GRB dan membantu para astronom memahami fizik pecahan aneh ini.
"Selepas lebih daripada 50 tahun sejak GRB ditemui, banyak aspek asas mereka masih kekal misteri," kata Mirzoyan dalam satu kenyataan. "Penemuan pelepasan sinar gamma dari GRB 190114C ... menunjukkan bahawa letupan GRB lebih berkuasa berbanding pemikiran sebelumnya."
Walaupun ahli astronomi telah lama mencari foton ultrahigh-tenaga seperti itu, GRB 190114C bukan peristiwa yang jarang berlaku - hanya satu yang sukar ditangkap. Terima kasih kepada teleskop seperti MAGIC dan Sistem Stereoskopik Tenaga Tinggi (H.E.S.S.), yang direka untuk mengesan sinar gamma ultrahigh, dan sistem automatik untuk mengesan GRB awal, saintis mengharapkan untuk menangkap lebih banyak foton ultrahigh tenaga pada masa depan.
"Kami sedang memasuki era baru untuk menemui foton tenaga ultra tinggi," kata Bing Zhang, ahli astrofizik di Universiti Nevada, Las Vegas, yang tidak terlibat dengan kajian baru itu, memberitahu Live Science dalam e-mel. "Oleh kerana fizik yang kaya dijangka dalam rejim tenaga tinggi, pemerhatian ini tentu akan membawa kegembiraan pada tahun-tahun akan datang."
Keputusan baru diterbitkan pada 20 November di jurnal Nature.
