פיצוץ החלל הבהיר ביותר אי פעם חושף רמזים אפשריים לחומר אפל

ביום ראשון, 9 באוקטובר, יהודית רקוזין היה 35,000 רגל באוויר, בדרך לכנס אסטרופיזיקה עתירת אנרגיה, כאשר התרחש הפיצוץ הקוסמי הגדול בהיסטוריה. "נחתתי, הסתכלתי בטלפון שלי, והיו לי עשרות הודעות", אמר ראקוסין, אסטרופיזיקאי במרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א במרילנד. "זה היה באמת יוצא דופן."

הפיצוץ היה התפרצות ארוכה של קרני גמא, אירוע קוסמי שבו כוכב גוסס מאסיבי משחרר סילוני אנרגיה רבי עוצמה כשהוא מתמוטט לתוך חור שחור או כוכב נויטרונים. הפרץ המסוים הזה היה כה בהיר עד שהוא רווי יתר על המידה את טלסקופ החלל פרמי גמא, טלסקופ מקיף של נאס"א שנועד בחלקו לצפות באירועים כאלה. "היו כל כך הרבה פוטונים בשנייה שהם לא יכלו לעמוד בקצב", אמר אנדרו לוון, אסטרופיזיקאי באוניברסיטת Radboud בהולנד. נראה שהפרץ אפילו גרם ליונוספירה של כדור הארץ, השכבה העליונה של האטמוספירה של כדור הארץ, להתנפח בגודל למשך מספר שעות. "העובדה שאתה יכול לשנות את היונוספירה של כדור הארץ מעצם באמצע היקום היא די מדהימה", אמר דאג וולץ', אסטרונום באוניברסיטת מקמאסטר בקנדה.

אסטרונומים כינו אותה בחוצפה הסירה - "הבהירה בכל הזמנים" - והחלו לסחוט אותה לקבלת מידע על התפרצויות קרני גמא והקוסמוס באופן כללי יותר. "אפילו 10 שנים מהיום תהיה הבנה חדשה ממערך הנתונים הזה," אמר אריק ברנס, אסטרופיזיקאי באוניברסיטת לואיזיאנה סטייט. "עדיין לא ממש פגע בי שזה באמת קרה."

הניתוח הראשוני מצביע על כך שיש שתי סיבות לכך שהסירה הייתה כה בהירה. ראשית, הוא התרחש במרחק של כ-2.4 מיליארד שנות אור מכדור הארץ - קרוב למדי להתפרצויות קרני גמא (אם כי הרבה מחוץ לגלקסיה שלנו). סביר גם שהמטוס החזק של ה-BOAT היה מכוון אלינו. שני הגורמים יחד הפכו את זה לסוג האירוע המתרחש רק אחת לכמה מאות שנים.

אולי התצפית המשמעותית ביותר התרחשה בסין. שם, במחוז סצ'ואן, מצפה המקלחת האווירי הגדול בגובה רב (LHAASO) עוקב אחר חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה מהחלל. בהיסטוריה של אסטרונומיה של התפרצות קרני גמא, חוקרים ראו רק כמה מאות פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה המגיעים מעצמים אלה. LHAASO ראה 5,000 מהאירוע האחד הזה. "התפרצות קרני הגמא הלכה למעשה בשמים ישירות מעליהם", אמר סילביה ז'ו, אסטרופיזיקאי בסינכרוטרון האלקטרון הגרמני (DESY) בהמבורג.

בין הגילויים הללו היה פוטון חשוד באנרגיה גבוהה ב-18 טרה-אלקטרון וולט (TeV) - גבוה פי ארבעה מכל מה שנראה מהתפרצות קרני גמא לפני כן ואנרגטי יותר מהאנרגיות הגבוהות ביותר שניתן להשיג על ידי מאיץ ההדרונים הגדול. פוטון עתיר אנרגיה שכזה היה צריך ללכת לאיבוד בדרך לכדור הארץ, להיספג באינטראקציות עם אור הרקע של היקום.

אז איך זה הגיע לכאן? אחד אפשרות הוא שבעקבות התפרצות קרני הגמא, פוטון בעל אנרגיה גבוהה הומר לחלקיק דמוי אקסיון. ציריות הם חלקיקים קלים המשוערים כי עשוי להסביר חומר אפל; חלקיקים דמויי אקסיון נחשבים מעט יותר כבדים. פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה יכולים להיות מומרים לחלקיקים כאלה על ידי שדות מגנטיים חזקים, כמו אלה שמסביב לכוכב מתפרץ. החלקיק דמוי האקסיון היה נוסע על פני מרחבי החלל ללא הפרעה. כשהיא הגיעה לגלקסיה שלנו, שדות מגנטיים היו ממירים אותה בחזרה לפוטון, שיעשה את דרכו לכדור הארץ.

בשבוע שלאחר הגילוי הראשוני, צוותים מרובים של אסטרופיזיקאים הציע את המנגנון הזה במאמרים שהועלו לאתר המדעי arxiv.org. "זו תהיה תגלית מדהימה מאוד", אמר ג'ורג'יו גלנטי, אסטרופיזיקאי במכון הלאומי לאסטרופיזיקה (INAF) באיטליה, שהיה שותף לאחד מהמחקרים. הראשון מהניירות הללו.

עם זאת, חוקרים אחרים תוהים אם הזיהוי של LHAASO עשוי להיות מקרה של טעות בזהות. אולי הפוטון בעל האנרגיה הגבוהה הגיע ממקום אחר, וזמן ההגעה המתאים שלו היה פשוט צירוף מקרים. "אני מאוד סקפטי," אמר מילנה קרנוגורצ'ביץ', אסטרופיזיקאי באוניברסיטת מרילנד. "כרגע אני נוטה להיות אירוע רקע." (כדי לסבך עוד יותר את העניינים, מצפה כוכבים רוסי דיווח פגיעה של פוטון באנרגיה גבוהה עוד יותר של 251 TeV שהגיע מההתפרצות. אבל "חבר המושבעים עדיין לא בעניין", אמר רקוסין, סגן מדען הפרויקט בטלסקופ פרמי. "אני קצת סקפטי.")

עד כה צוות LHAASO לא פרסם תוצאות מפורטות של התצפיות שלהם. ברנס, שמתאם שיתוף פעולה עולמי לחקר ה-BOAT, מקווה שכן. "אני מאוד סקרן לראות מה יש להם," אמר. אבל הוא מבין מדוע עשויה להיות מוצדקת מידה של זהירות. "אם הייתי יושב על נתונים שיש להם אפילו סיכוי של כמה אחוזים להוות הוכחה לחומר אפל, הייתי זהיר במיוחד כרגע", אמר ברנס. אם ניתן לקשר את הפוטון ל-BOAT, "סביר להניח שזו תהיה עדות לפיזיקה חדשה, ופוטנציאל לחומר אפל", אמר קרנוגורצ'ביץ'. צוות LHAASO לא הגיב לבקשת תגובה.

אפילו ללא הנתונים של LHAASO, כמות האור העצומה שנראתה מהאירוע יכולה לאפשר למדענים לענות על כמה מהשאלות הגדולות ביותר לגבי התפרצויות קרני גמא, כולל חידות גדולות לגבי הסילון עצמו. "איך משוגר המטוס? מה קורה בסילון כשהוא מתפשט לחלל?" אמר טיילר פרסוטן, אסטרופיזיקאי בגודארד. "אלה שאלות גדולות מאוד."

אסטרופיזיקאים אחרים מקווים להשתמש בסירה כדי לברר מדוע רק חלק מהכוכבים מייצרים התפרצויות קרני גמא כשהם עוברים סופרנובה. "זו אחת התעלומות הגדולות", אמר איווט סנדס, אסטרונום במרכז הרווארד-סמית'סוניאן לאסטרופיזיקה. "זה חייב להיות כוכב מאסיבי מאוד. גלקסיה כמו שלנו תיצור אולי כל מיליון שנה התפרצות של קרני גמא. מדוע אוכלוסייה כה נדירה עושה התפרצויות קרני גמא?"

האם התפרצויות קרני גמא גורמות לחור שחור או לכוכב נויטרונים בליבת הכוכב שהתמוטט היא גם שאלה פתוחה. ניתוח ראשוני של ה-BOAT מעלה שהראשון קרה במקרה הזה. "יש כל כך הרבה אנרגיה בסילון שזה בעצם חייב להיות חור שחור", אמר ברנס.

מה שבטוח הוא שזהו אירוע קוסמי שלא יופל במשך הרבה מאוד תקופות חיים. "כולנו נהיה מתים מזמן לפני שנקבל את ההזדמנות לעשות את זה שוב", אמר ברנס.