18 maja 2023 roku w galaktyce Messier 101, znanej też jako Galaktyka Wiatraczek, wybuchła supernowa, którą skatalogowano jako SN 2023ixf. Odległość do galaktyki wynosi 22 miliony lat świetlnych.

Była to najjaśniejsza pobliska supernowa od czasu, kiedy w 2008 roku wystrzelono Kosmiczny Teleskop Fermiego (Fermi Gamma-ray Space Telescope). Astronomowie mieli więc nadzieję na przetestowanie koncepcji, w jaki sposób wybuchy supernowych przyspieszają cząstki promieniowania kosmicznego do prędkości bliskich prędkości światła. Ku zaskoczeniu naukowców, Teleskop Fermiego nie zarejestrował wysokoenergetycznego promieniowania gamma, które powinno zostać wytworzone przez takie cząstki.

Teoretyczne rozważania szacowały, że supernowe konwertują około 10 proc. swojej całkowitej energii w przyspieszanie promieniowania kosmicznego. Jednak tej proces nie był nigdy obserwowany bezpośrednio.

Tymczasem obliczenia na podstawie obserwacji supernowej SN 2023ixf wskazują, że konwersja energii wynosi zaledwie 1 proc. w ciągu kilku dni po wybuchu. Nie wyklucza to supernowych jako miejsc wytwarzania promieniowania kosmicznego, jednak pokazuje, że nie do końca rozumiemy sposoby jego powstawania.

Z ziemską atmosferą nieustannie zderzają się cząstki promieniowania kosmicznego. Blisko 90 proc. z nich to jądra wodoru (protony), a reszta to elektrony i jądra cięższych pierwiastków. Naukowcy badają promieniowanie kosmiczne od początku XX wieku, ale nie da się łatwo prześledzić drogi promieniowania kosmicznego od jego źródła, bowiem cząstki te są naładowane elektrycznie i zmieniają trajektorię, gdy napotykają pola magnetyczne.

Z kolei z promieniowaniem gamma nie ma tego problemu. Podróżuje od źródła bezpośrednio do nas. Wiadomo, że promieniowanie kosmiczne powoduje wytwarzanie promieniowania gamma, gdy oddziałuje z materią.

Fermi to najczulszy orbitalny teleskop do obserwacji promieniowania gamma, zatem jeśli on nie był w stanie wykryć sygnału w tym zakresie promieniowania, trzeba jakoś spróbować wytłumaczyć jego brak w przypadku supernowej SN 2023ixf.

W 2013 roku pomiary z Teleskopu Fermiego pokazały, że pozostałości po supernowych w Drodze Mlecznej przyspieszają promieniowanie kosmiczne, co generuje promieniowanie gamma, gdy cząstki promieniowania kosmicznego zderzają się z materią międzygwiazdową. Jednak pozostałości po supernowych nie produkują wystarczająco dużo wysokoenergetycznych cząstek, aby wytłumaczyć ilości wykrywane przez pomiary na Ziemi.

Jednym z pomysłów na wytłumaczenie jest propozycja, że większość promieniowania kosmicznego w naszej galaktyce jest przyspieszana w ciągu kilku dni lub tygodni po wybuchu supernowej. Supernowe są jednak rzadkimi zjawiskami, w odległości do 32 milionów lat świetlnych średnio wybucha jedna na rok.

Brak zaobserwowania promieniowania gamma w przypadku supernowej SN 2023ix jest więc problemem dla teorii. Zebrane dane pozwolą jednak na dalszy rozwój modeli tego typu procesów.

Wyniki badań przedstawiono w artykule, który ukaże się w „Astronomy & Astrophysics”. Zespołem badawczym kierował Guillem Martí-Devesa, który w trakcie badań pracował na Uniwersytecie w Innsbrucku (Austria), a obecnie jest zatrudniony na Uniwersytecie w Trieście (Włochy).

Teleskop Fermiego, wcześniej znany pod nazwą GLAST, został wystrzelony 11 czerwca 2008 roku. Krąży po orbicie okołoziemskiej o wysokości około 550 km. Nazwa teleskopu odnosi się do Enrico Fermiego, włosko-amerykańskiego naukowca, który był pionierem fizyki wysokich energii.(PAP)

cza/ agt/