Fotonii cu cea mai mare energie văzuți vreodată provin din Nebuloasa Crabului

Fizicienii au observat lumina cu cea mai mare energie văzută vreodată. A emanat din rămășițele agitate lăsate în urmă când o stea a explodat.

Această lumină și-a făcut drum spre Pământ din Nebuloasa Crab, o rămășiță a unei explozii stelare, sau supernova, la aproximativ 6.500 de ani lumină depărtare în Calea Lactee. Experimentul Tibet AS-gamma a captat mai multe particule de lumină – sau fotoni – din nebuloasă cu energii mai mari de 100 de trilioane de electroni volți, raportează cercetătorii într-un studiu acceptat în Scrisori de revizuire fizică. Lumina vizibilă, pentru comparație, are doar câțiva electroni volți de energie.

Deși oamenii de știință au mai căutat fotoni la aceste energii, până acum nu au reușit să detecteze astfel de fotoni energetici, spune astrofizicianul Petra Huentemeyer de la Universitatea Tehnologică Michigan din Houghton, care nu a fost implicat în cercetare. Pentru fizicienii care studiază această lumină de înaltă energie, cunoscută sub numele de raze gamma, „este un moment interesant”, spune ea.

În spațiu, resturile de supernove și alți acceleratori cosmici pot crește particulele subatomice precum electronii, fotonii și protonii la energii extreme, mult mai mari decât cele obținute în cei mai puternici acceleratori de particule pământești (SN: 10/1/05, str. 213). Protonii din Large Hadron Collider din Geneva, de exemplu, ating o valoare relativ slabă de 6,5 trilioane de electroni volți. Cumva, acceleratorii cosmici depășesc cu mult cele mai avansate mașini ale omenirii.

„Întrebarea este: cum face natura?” spune fizicianul David Hanna de la Universitatea McGill din Montreal.

În Nebuloasa Crab, explozia inițială a creat condițiile pentru accelerare, cu câmpuri magnetice și unde de șoc care străbat spațiul, dând un impuls de energie particulelor încărcate, cum ar fi electronii. Fotonii de joasă energie din vecinătate sunt transformați la energii mari atunci când se ciocnesc de electronii rapidi și, în cele din urmă, unii dintre acești fotoni se îndreaptă spre Pământ.

Când un foton de înaltă energie lovește atmosfera Pământului, creează o ploaie de alte particule subatomice care pot fi detectate pe sol. Pentru a capta acel potop rezultat, Tibet AS-gamma folosește aproape 600 de detectoare de particule răspândite pe o suprafață de peste 65.000 de metri pătrați în Tibet. Din informațiile înregistrate de detectoare, cercetătorii pot calcula energia fotonului inițial.

Dar alte tipuri de particule care călătoresc în spațiu cunoscute sub numele de raze cosmice creează dușuri de particule care sunt mult mai abundente. Pentru a selecta fotonii, razele cosmice, care sunt compuse în principal din protoni și nuclee atomice, trebuie eliminate. Așadar, cercetătorii au folosit detectoare subterane pentru a căuta muoni – rude mai grele ale electronilor care sunt creați în ploile de raze cosmice, dar nu și în ploile create de fotoni.

Experimentele anterioare au întrezărit fotoni cu aproape 100 TeV, sau trilioane de electroni volți. Acum, după aproximativ trei ani de strângere de date, cercetătorii au descoperit 24 de averse aparent inițiate de fotoni peste 100 TeV, iar unele cu energii de până la 450 TeV. Deoarece procesul de eliminare nu este perfect, cercetătorii estimează că aproximativ șase dintre aceste averse ar fi putut proveni de la raze cosmice care imită fotonii, dar restul sunt adevărata afacere.

Cercetătorii cu Tibet AS-gamma au refuzat să comenteze această poveste, deoarece studiul nu a fost încă publicat.

Căutarea fotonilor cu energii din ce în ce mai mari ar putea ajuta oamenii de știință să descopere detaliile modului în care particulele sunt accelerate. „Trebuie să existe o limită la cât de mare poate ajunge energia fotonilor”, spune Hanna. Dacă oamenii de știință pot identifica acea energie maximă, aceasta ar putea ajuta la distingerea între diferitele modificări teoretice ale modului în care particulele își obțin puterea.

Nota editorului: Această poveste a fost actualizată la 28 iunie 2019, pentru a clarifica comentariile Petrei Huentemeyer despre eforturile anterioare de a găsi fotoni de înaltă energie.