在大約75億光年遠的地方，一顆垂死恆星釋放出天文學家是所見過最高能量的光。而這些光，正在幫助天文學家理解這些光粒子是如何被提升到如此極端能量的。天文學家在觀察伽馬射線暴(GRB)事件時發現了超高能光子。被認為是中子星碰撞或大質量恆星坍塌的結果，伽馬射線爆發突然出現，有時只持續一秒鐘。這些轉瞬即逝的爆發中，可以釋放出比太陽整個生命期所產生的能量還多。這些事件很難捕捉，但爆炸後會有餘輝。
餘輝發出的光線較暗，但持續時間較長，天文學家可以對其進行詳細測量。當兩架太空望遠鏡通過自動化系統發現了一個名為GRB190114C的伽馬射線暴。在22秒內，地球上的天文學家指示地面望遠鏡測量事件後的餘輝。新研究的合著者，主要大氣伽馬成像切倫科夫望遠鏡(Magic)合作的發言人Razmik Mirzoyan表示：20多年來，我們一直在尋找這樣一個具有高能粒子的事件。能夠找到這個，僅僅是運氣，只是堅持，其研究結果發表在《自然》期刊上。
從天文學的角度來看，這一事件相對較近，這使得天文學家能夠在很大的波長範圍內測量餘輝，在接下來的10天裡，科學家們收集了來自6顆衛星和15架地面望遠鏡的數據，這些望遠鏡探測到了波長從無線電到紫外光的輻射。天文學家分析了爆發後最初幾十秒的測量結果，發現光子的能量為數萬億電子伏特，這是來自太陽典型光子能量的數萬億倍。雖然之前已經檢測到能量超過1萬億電子伏特的光子來自其他天體物理來源，例如超新星殘骸，但目前還沒有人知道它們來自GRB。
多波長數據幫助天文學家確定粒子是如何被激發的，低能量光子是由圍繞磁場旋轉的粒子釋放出來，這一過程稱為同步輻射。相比之下，破紀錄的超高能光子是通過與高能電子的碰撞加速，這是科學家們稱為逆康普頓散射機制的一種變化。這些發現證實了有關伽瑪暴的理論，並幫助天文學家理解這些奇異爆發的物理學。自從伽馬射線暴首次被發現50多年後，伽馬射線暴許多基本方面仍然是神秘的。GRB 190114C…伽馬射線發射的發現表明，伽馬射線暴比以前想像的更強大。
雖然天文學家長期以來一直在尋找這樣的超高能光子，但GRB190114C並不是一個罕見的事件，只是一個很難捕捉的事件。多虧了MAGIC等望遠鏡和旨在探測超高能伽馬射線的高能立體系統(H.E.S.S.)，以及用於探測初始伽馬射線的自動化系統，科學家們希望在未來能捕捉到更多這樣的超高能光子。拉斯維加斯內華達大學的天體物理學家張冰(Bing Zhang)表示：我們正在進入發現超高能量光子的新時代，由於在高能體系中預計會有豐富的物理，這些觀察肯定會在未來幾年帶來令人興奮的發現。
博科園｜文：Mara Johnson-Groh/Live Science
參考期刊《自然》
DOI: 10.1038/s41586-019-1750-x
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