I hela universumet, ungefär 7,5 miljarder ljusår bort, släppte en döende stjärna några av de högst energi ljusastronomer som någonsin har sett. Och dessa ljuspartiklar eller fotoner hjälper astronomer att förstå hur dessa partiklar förstärks till sådana extrema energier.
Astronomerna hittade de ultrahöga energifotonerna medan de tittade på en händelse som kallas en gammastrålning, eller GRB. Tänkte vara resultatet av kollisionen av neutronstjärnor eller en massiv stjärnas kollaps, gammastrålningsbristningar dyker upp plötsligt, ibland bara för en bråkdel av en sekund. En av dessa flyktiga skurar kan frigöra mer energi än solen skulle generera under hela sitt liv. Dessa händelser är svåra att fånga, men en efterglöd följer bristen. Ljuset från efterglödet är mörkare men håller längre, vilket gör att astronomer kan mäta det i detalj.
Den 14 januari 2019 upptäcktes ett sådant gammastrålningsbrist, med namnet GRB 190114C, av två rymdteleskoper genom ett automatiserat system. Inom 22 sekunder riktade astronomer på jorden sina markbaserade teleskop för att mäta efterglödningen efter händelsen.
"Vi har letat efter i mer än 20 år," Razmik Mirzoyan, talesman för Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescopes (MAGIC) samarbete och medförfattare om den nya studien, berättade för Live science. Att de kunde hitta den här, sade Mirzoyan, "var inte bara tur, det är bara uthållighet."
I astronomiska termer var händelsen relativt nära, vilket gjorde det möjligt för astronomer att mäta efterglödet över ett stort antal våglängder. Under de kommande tio dagarna samlade forskarna data från sex satelliter och 15 markbaserade teleskop som upptäckte strålning i våglängder från radio till ultraviolett ljus.
Analysera mätningarna från de första tiotals sekunderna efter bristen, astronomer hittade fotoner med energier av biljoner elektronvolt - det är biljoner gånger gånger energin för de typiska fotonerna kommer från solen.
Medan fotoner med energier som överstiger 1 biljon elektronvolt har upptäckts före andra astrofysiska källor, såsom supernova-rester, var ingen känd för att ha sitt ursprung i en GRB.
Multivavellängdsdata hjälpte astronomerna att fastställa hur partiklarna fick energi. Fotoner med lägre energi hade frigjorts av partiklar som spiraliserade runt magnetfält i en process som kallas synkrotronstrålning. Däremot rusades de rekordbrytande, ultrahöga energifotonerna genom kollisioner med högenergi-elektroner - en variation på en mekanism som forskare kallar invers Compton-spridning. Resultaten bekräftar teorier om GRB och hjälper astronomer att förstå fysiken i dessa bisarra skurar.
"Efter mer än 50 år sedan GRB först upptäcktes förblir många av deras grundläggande aspekter fortfarande mystiska," sade Mirzoyan i ett uttalande. "Upptäckten av gammastråleutsläpp från GRB 190114C ... visar att GRB-explosionerna är ännu kraftigare än förut tänkt."
Medan astronomer länge har letat efter sådana foton med ultrahög energi, var GRB 190114C inte en sällsynt händelse - bara en som är svår att fånga. Tack vare teleskop som MAGIC och High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), som är utformade för att detektera ultrahögenergiska gammastrålar, och automatiserade system för att upptäcka initiala GRB, förväntar sig forskare att fånga fler sådana ultrahögenergi-fotoner i framtiden.
"Vi går in i en ny era med att upptäcka fotoner med ultrahög energi," berättade Bing Zhang, en astrofysiker vid University of Nevada, Las Vegas, som inte var inblandad i den nya studien, Live Science i ett e-postmeddelande. "Eftersom rik fysik förväntas i högenergiregimen kommer dessa observationer med säkerhet att väcka spänningar under kommande år."
De nya resultaten publicerades 20 november i tidskriften Nature.
