Semnalul detectat în cea mai mare explozie observată vreodată indică o anihilare totală

Oamenii de știință au detectat un semnal inedit în spectrul de radiații electromagnetice provenit de la cea mai strălucitoare explozie de raze gamma observată vreodată. Acest semnal reprezintă o lumină de emisie, care apare ca o regiune luminoasă în spectrul razelor gamma, produsă de un fenomen care emite lumină în acel interval specific de lungimi de undă. Fenomenul în cauză este anihilarea completă și absolută a perechilor electron-pozitron, adică distrugerea reciprocă a materiei și antimateriei.

Explozia, denumită „BOAT” (prescurtarea de la Brightest Of All Time), a fost detectată în octombrie 2022. Aceasta a fost rezultatul exploziei unei stele uriașe, ale cărei miezuri s-au prăbușit într-o gaură neagră, generând o cantitate atât de mare de fotoni energetici încât a fost extrem de dificil să se efectueze măsurători precise. Însă, măsurătorile au fost efectuate cu succes, iar oamenii de știință au realizat rapid că aveau de-a face cu un eveniment special.

Astrofizicianul Maria Edvige Ravasio de la Universitatea Radboud din Olanda a menționat că, „la câteva minute după erupția BOAT, Gamma-ray Burst Monitor al Fermi a înregistrat un vârf energetic neobișnuit care ne-a atras atenția”. Acest semnal a apărut sub forma unor bare mai luminoase pe spectrul luminii emise de sursă, indicând că ceva face ca lumina de anumite lungimi de undă să strălucească mai puternic. Liniile de emisie sunt cauzate de surse care emit lumină în acele intervale de lungimi de undă, în timp ce liniile de absorbție apar atunci când anumite lungimi de undă sunt absorbite.

Aceste caracteristici de emisie și absorbție pot dezvălui multe despre chimia diferitelor procese astrofizice, inclusiv metalicitatea stelelor și compoziția atmosferelor planetare îndepărtate. Există mai multe scenarii care pot produce o explozie de raze gamma, dar BOAT, oficial cunoscut sub numele de GRB 221009A, a fost rezultatul nașterii unei găuri negre. Materialul exterior al stelei a fost ejectat violent în spațiu, în timp ce miezul s-a prăbușit sub acțiunea gravitației pentru a forma cel mai dens tip de obiect din Univers.

Această explozie a fost însoțită de jeturi de particule care au fost expulsate în direcții opuse, ceea ce este caracteristic pentru explozia de raze gamma. În momentul în care GRB 221009A a avut loc, strălucirea a fost atât de extremă încât a fost imposibil să se distingă detalii. În 80 de secunde, explozia a evoluat de la o energie de vârf de 12 milioane de electron-volți până la aproximativ 6 milioane de electron-volți. Doar cinci minute mai târziu, strălucirea a scăzut suficient pentru ca telescopul Fermi pentru raze gamma să distingă o linie de emisie care a persistat cel puțin 40 de secunde.

Cercetătorii cred că fenomenul responsabil pentru această strălucire intensificată a fost anihilarea, care are loc atunci când un electron și omologul său din antimaterie, un pozitron, se ciocnesc, generând un foton cu o energie de 0,511 milioane de electronvolți. Caracteristica de emisie observată în BOAT reflectă o energie mult mai mare, dar cercetătorii au o explicație pentru aceasta. Anihilarea a avut loc într-un jet care se deplasa spre noi cu aproximativ 99,9% din viteza luminii. Această viteză extrem de mare a făcut ca energia să pară mult mai mare decât era în realitate, creând o iluzie bazată pe unghiul nostru de vizualizare, similară cu ceea ce se observă în alte jeturi astrofizice.

Deși GRB 221009A pare să fi fost un exemplu extrem de explozie de raze gamma, observațiile și analizele ulterioare au arătat că BOAT a fost, de fapt, destul de normal în comparație cu alte explozii de raze gamma. Strălucirea sa extremă a fost doar rezultatul orientării sale, erupând direct spre linia noastră vizuală. Aceasta înseamnă că putem folosi BOAT pentru a înțelege mai bine modul în care exploziile de raze gamma evoluează în timp și procesele care au loc în cadrul acestora.