Skupina hrvatskih znanstvenika u sklopu međunarodne znanstvene kolaboracije Magic prva je u svijetu otkrila astronomsku pojavu za kojom se traga desetljećima i za koju mnogi smatraju da ne postoji. Još sredinom siječnja ove godine zabilježili su izboj gama-zraka (GRB) u području visokoenergetskih fotona, što je najmoćnija vrsta eksplozije u svemiru.
One su po prvi put otkrivene još prije pedesetak godina, kada su Amerikanci špijunirali Sovjete, pokušavajući otkriti gama-zračenje i time potvrditi da se oni ne pridržavaju sporazuma o nuklearnom razoružanju. Otkrili su gama-zračenje, ali ono nije došlo iz SSSR-a, već iz svemira. Smatra se da izboji gama zraka nastaju sudarima neutronskih zvijezda ili urušavanjem zvijezda u crne rupe.
No, dosad su oni otkrivani samo u području gama-zraka, a ne u području visokoenergetskih fotona, čija se energija mjeri u teraelektronvoltima. Ovo otkriće domaćih znanstvenika otvara novi pogled na ovaj fenomen, a, uz to je dobra podloga za nova istraživanja temeljnih postavki fizike. Ovo je toliko veliko otkriće da je časopis Nature objavio čak dva znanstvena rada; jedan o samom otkriću, a drugi o svim drugim povezanim podacima iz cijelog svijeta.
"U prijašnjim opažanjima signal fotona vrlo visokih energija nije bio statistički dovoljno značajan da bismo mogli potvrditi njihovo otkrivanje. Ovaj novi izgledao je slično kao i dosadašnji, međutim, posebno je to što se dogodio relativno blizu, na oko 4,5 milijardi svjetlosnih godina. GRB-ovi se uobičajeno bilježe na puno većim udaljenostima", rekao je za Index astrofizičar Tomislav Terzić, voditelj Laboratorija za astročestičnu fiziku Odjela za fiziku PMF-a u Rijeci.
13 domaćih znanstvenika s pet instituta
Osim njega, na otkriću je radilo 13 znanstvenika s pet domaćih znanstvenih institucija. Oni su se služili uređajima za detekciju GRB-ova na vrlo visokim energijama, koje konvencionalni istraživački sateliti nemaju. Koliko je otkriće važno, govori i činjenica da se taj fenomen ne može objasniti dosadašnjim tumačenjem.
"Ono što smo do sada bilježili moglo se objasniti tzv. sinkrotronskim zračenjem koje je jako dobro istraženo. To je fizikalni proces u kojem nabijene čestice prolaze kroz magnetsko polje pa se njihove putanje zakrivljuju u oblik spirale i pritom zrače. Postojali su teorijski modeli koji su govorili da bi mogla postojati i komponenta GRB-ova na vrlo visokim energijama, međutim, to nije bilo sigurno, a nije bilo ni potvrđeno. S ovom promjenom mijenja se tumačenje pojave. Naime, za fotone visokih energija gotovo je nemoguće da su mogli nastati u sinkrotronskom zračenju. Oni su najvjerojatnije nastali u tzv. inverznom Comptonovom raspršenju koje je također dobro poznato, ali nismo znali ima li nekog efekta u GRB-ovima. Što je to? Uobičajeno, kada foton naleti na nabijenu česticu, on joj preda dio svoje energije i rasprši se. Međutim, ako čestica na koju naleti ima visoku energiju, može se dogoditi inverzno Comptonovo raspršenje u kojem čestica može fotonu predati dio svoje energije. Na taj način foton, ako je bio u nižem, vidljivom dijelu spektra ili u području rendgenskih zraka, može postati gama-zraka velike energije. Fotoni koje mi opažamo najvjerojatnije nastaju u tom procesu jer u sinkrotronskom zračenju uobičajeno nastaju fotoni znatno nižih energija. Sve navedeno zbiva se u samim izvorima, a ne na proputovanju kroz svemir", rekao je Terzić.
Dva uzroka fenomena
Postoje kratkoživući GRB-ovi, koji traju manje od dvije sekunde i dugoživući koji traju dulje. Kraći GRB-ovi se povezuju sa već opisanim spajanjem dviju neutronskih zvijezda, dok su dulji znak kolapsa masivnih zvijezda u crne rupe. Pritom se one rotiraju sve brže, a zbog toga se formiraju snažna magnetska polja, a duž osi rotacije nastaju mlazovi, koji izbacuju dio tvari zvijezde, odnosno elektrone koji sinkrotronski zrače u magnetnom polju. Tako nastaju fotoni koji se kasnije sudaraju s elektronima u mlazu i tako uzrokuju inverzno Comptonovo raspršenje, koje im daje dodatnu energiju i pretvara ih u visokoenergetske gama-zrake.
"Dakle, do sada nije bilo jasno javlja li se inverzno Comptonovo raspršenje u GRB-ovima. Postojali su samo teorijski modeli koji su predviđali da postoji. Na razvoju takvih modela radi Željka Bošnjak s FER-a, članica hrvatske grupe u Magicu, a mi smo sada eksperimentalno dokazali da raspršenje postoji. Bilo je moguće da ta pojava uopće ne postoji. Tada je nitko ne bi ni otkrio, no također je postojala mogućnost da ju otkrijemo tek za nekoliko godina pomoću niza Čerenkovljevih teleskopa, budućeg velikog opservatorija koji će opažati u istom području energija kao Magic, ali će biti još osjetljiviji", rekao je Terzić.
Einsteinova teorija relativnosti pod upitnikom
Analiza prikupljenih podataka koji su doveli do otkrića prikazala je emisiju fotona tisuću milijardi puta veću od energije fotona vidljive svjetlosti. Terzić kaže kako je ona bila čak 100 puta intenzivnija od najsjajnijeg poznatog stalnog izvora gama-zraka, maglice Rakovice. Ovakvo što bi moglo dovesti i do preispitivanja nekih temeljnih zakona u fizici, pa i opće teorije relativnosti.
"Einsteinova opća teorija relativnosti izuzetno dobro opisuje što se događa s masivnim objektima na velikim udaljenostima. Međutim, kada se spustimo na mikroskopske skale, u domenu kvantne mehanike, opća teorija relativnosti nije dobar opis prirode. Kvantni opis gravitacijskog međudjelovanja jedno je od najvažnijih pitanja današnje fizike i među najvećim znanstvenim izazovima. Prema nekim modelima kvantne gravitacije, fotoni vrlo visokih energija ponašaju se drukčije od fotona niskih energija. Ti efekti izrazito su mali, ali za fotone energija TeV ili viših koji prelaze kozmičke udaljenosti, sitni efekti mogli bi se akumulirati dovoljno da ih uspijemo izmjeriti. Zato nam je signal iz GRB 190114C vrlo zanimljiv u našoj eksperimentalnoj potrazi za efektima kvantne gravitacije. Rezultati naših istraživanja mogu teoretičarima koji se bave razvojem teorije kvantne gravitacije poslužiti kao smjerokaz za daljnja istraživanja", zaključio je naš astrofizičar.
