Астрофизики зафиксировали самый энергетический фотон в истории гамма-наблюдений

Гамма-всплеск – это очень энергичное и заканчивающееся в течение нескольких минут или часов событие, связанное со смертью массивных звезд, наподобие вспышки сверхновой, только еще более интенсивное и мощное. Хотя гамма-всплески регистрируются практически каждый день (есть специальные телескопы, которые мониторят космическое излучение в гамма- или рентгеновском диапазоне), в данном случае речь, вероятно, идет о регистрации фотонов самой высокой энергии для события, случившегося не в нашей Галактике.

Сначала эту вспышку зарегистрировала орбитальная обсерватория NASA Fermi. Этот всплеск оказался самым энергичным за всю историю наблюдений этим инструментом с 2008 года – тогда был зарегистрирован фотон самой большой энергии, 99 ГэВ (почти 0,1 ТэВ). Потом китайский эксперимент LHAASO, нацеленный на регистрацию частиц высокой энергии, опубликовал сообщение о том, что зафиксирован ряд фотонов с энергиями до 18 ТэВ от этой вспышки. Вслед за этим установка «Ковер-2», расположенная на Северном Кавказе в Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН, зафиксировала фотон с энергией 251 ТэВ.

Расстояние до гамма-всплеска, полученное с помощью спектральных наблюдений на самых крупных оптических телескопах мира, составляет около двух миллиардов световых лет. Согласно современным представлениям, фотоны высоких энергий – и наблюдавшиеся LHAASO 18-ТэВные, и рекордный 251-ТэВный фотон «Ковра-2» – не могут долететь до нас с такого расстояния. Тогда остается открытым вопрос: откуда же пришел этот фотон? Объяснений может быть несколько.

Во-первых, установки могли действительно наблюдать очень далекий источник, но в этом случае придется пересмотреть существующие законы физики частиц. Во-вторых, что тоже возможно, астрономы ошиблись и приняли за далекий гамма-всплеск какой-то взрывной процесс в нашей галактике, однако тогда все равно остается непонятным, что же за объект мог замаскироваться под гамма-всплеск. Есть и более фантастические теории, вроде существования новых частиц – аксионов, которые могли бы «законсервировать» фотон вблизи источника и высветить его обратно в магнитном поле нашей галактики. Еще более радикальное предположение – о нарушении законов специальной теории относительности, которое могло бы привести к подавлению взаимодействий фотонов при таких энергиях.

«Я думаю, что речь идет о внутригалактическом источнике, только непонятно, каком: вспышка пришла из области Млечного пути, где расположено сразу много ярких объектов нашей галактики. Это может быть какая-то фантастическая вспышка магнетара. Если бы такие фотоны прилетели во время наблюдения LHAASO, было бы больше информации, но самый яркий фотон пришел спустя полтора часа после начала вспышки, когда Земля уже повернулась так, что "Ковру-2" было удобнее их наблюдать. Вот почему иногда ученым оказывается очень полезно иметь пусть и относительно небольшие установки, как "Ковер-2", но разнесенные по географической долготе», – говорит Сергей Троицкий, главный научный сотрудник ИЯИ РАН, чл.-корр. РАН. 

«У этого всплеска интересная кривая блеска. Сначала произошел всплеск нормальной интенсивности продолжительностью несколько секунд. Затем двести секунд ничего не происходило, а потом пошел экстраординарный поток гамма-квантов в виде пиков и провалов кривой блеска, и это продолжалось еще секунд 400. Такое случалось и раньше, только при более низкой интенсивности и не часто. Как объяснить подобную кривую блеска, никто не знает. Это тот поток, что пришел в мягких гамма-квантах, а потом начался постепенно спадающий поток частиц в других диапазонах (так называемое послесвечение), включая высокие энергии. И китайские фотоны с энергией 18 ТэВ, и российский 251 ТэВ парадоксальны тем, что гамма-кванты такой энергии поглощаются по пути, реагируя с инфракрасным межгалактическим фоном. За истекшие 4 дня уже появились статьи, пытающиеся объяснить феномен новой физикой, например, аксионами. Но я не думаю, что в этом есть такая уж необходимость. Возможно, найдется и более стандартное объяснение», – отмечает Борис Штерн, ведущий научный сотрудник лаборатории исследования редких процессов ИЯИ РАН.