Vụ nổ tia gamma (GRB) là một trong những hiện tượng năng lượng nhất trong Vũ trụ, và cũng là một trong những nghiên cứu ít nhất. Những vụ nổ năng lượng này xảy ra khi một ngôi sao khổng lồ đi siêu tân tinh và phát ra hai chùm tia gamma có thể nhìn thấy cách xa hàng tỷ năm ánh sáng. Vì chúng gắn chặt với sự hình thành của các lỗ đen, các nhà khoa học đã háo hức nghiên cứu sự xuất hiện hiếm gặp này một cách chi tiết hơn.
Thật không may, rất ít cơ hội cho điều này đã xảy ra do GRB rất ngắn ngủi (chỉ kéo dài trong vài giây) và hầu hết đã xảy ra ở các thiên hà xa xôi. Nhưng nhờ những nỗ lực sử dụng bộ kính viễn vọng, các nhà thiên văn học đã có thể phát hiện ra GRB (GRB 190114C) được quay lại vào tháng 1 năm 2019. Một số bức xạ từ GRB này là năng lượng cao nhất từng được quan sát, biến đây thành một cột mốc trong lịch sử của thiên văn học.
Nghiên cứu mô tả những phát hiện này (có tiêu đề Quan sát phát thải nghịch đảo Compton từ vụ nổ tia gamma dài) gần đây đã xuất hiện trên tạp chí Thiên nhiên và là do xuất hiện trong tạp chí Thiên văn học và Vật lý thiên văn. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Antonio de Ugarte Postigo thuộc Viện nghiên cứu Astrofísica de Andalucía và bao gồm các thành viên của sự hợp tác MAGIC, NASA và các viện nghiên cứu trên khắp thế giới.
Nói một cách dễ hiểu, GRB thực sự khá phổ biến, xảy ra khoảng một lần mỗi ngày trong Vũ trụ quan sát được. Nhưng vì bản chất ngắn ngủi và thoáng qua của chúng, việc đào tạo các nhạc cụ trên nguồn trước khi chúng biến mất là rất khó khăn. Nhưng với sự trợ giúp của nhiều kính thiên văn được tối ưu hóa để phát hiện tia gamma, GRB 190114 đã được quan sát kịp thời.
Điều này bao gồm Đài thiên văn Swift Neil Gehreb của NASA, Kính thiên văn vũ trụ Fermi Gamma-Ray, cũng như kính viễn vọng song sinh chính khí quyển Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) trên mặt đất - được đặt trên đảo Canary của La Palma và được vận hành bởi Max Planck Viện Vật lý (MPP).
Khi các kính thiên văn này quan sát GRB 190114C, họ đã quan sát thấy rằng một phần năng lượng được giải phóng được đo trong phạm vi volt điện tử 1Tera (TeV) - khoảng một nghìn tỷ lần năng lượng trên mỗi photon quan sát được bằng ánh sáng khả kiến. Dựa trên các quan sát trước đây, các nhà thiên văn học ước tính rằng để đạt được mức năng lượng này, vật chất phát ra từ ngôi sao sụp đổ phải di chuyển với tốc độ 99,999% tốc độ ánh sáng.
Nói cách khác, vật chất từ một ngôi sao sắp chết sẽ phải được tăng tốc đến giới hạn của vật chất vật chất có thể chịu đựng để tạo ra vụ nổ năng lượng này. Vật liệu này sau đó sẽ bị buộc qua các đám mây khí bao quanh ngôi sao (tàn dư của các lớp bên ngoài đã bị thổi bay), gây ra một cú sốc tạo ra vụ nổ tia gamma.
Các nhà khoa học đã cố gắng quan sát khí thải cực kỳ mạnh mẽ từ GRB, trong một thời gian dài, và vụ nổ đặc biệt này đã mang đến cơ hội đầu tiên. Như Tiến sĩ de Ugarte Postigo đã giải thích trong thông cáo báo chí ESA / Hubble:
Các nhà khoa học đã cố gắng quan sát sự phát xạ năng lượng rất cao từ các vụ nổ tia gamma trong một thời gian dài. Quan sát mới này là một bước tiến quan trọng trong sự hiểu biết của chúng ta về các vụ nổ tia gamma, môi trường xung quanh ngay lập tức của chúng và cách thức vật chất hoạt động khi nó di chuyển với tốc độ 99,999% tốc độ ánh sáng.
Nhìn về phía trước, nhiều đài quan sát trên không gian sẽ quan sát siêu tân tinh tạo ra GRB 190114C để tìm hiểu thêm về môi trường của nó và cách thức vụ nổ cực đoan này được tạo ra. Cụ thể, các nhà thiên văn học châu Âu đã được cung cấp thời gian quan sát với Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA / ESA để nghiên cứu môi trường nguồn.
Những nỗ lực này đã được hỗ trợ bởi các nhà thiên văn học bằng cách sử dụng Kính thiên văn rất lớn (VLT) ESO và Mảng đo milimét / milimét lớn Atacama (ALMA) ở Chile. Kết hợp các quan sát của họ với dữ liệu thu được từ Hubble, các nhà thiên văn học đã có thể quan sát thiên hà chủ của GRB này (nằm cách Trái đất 5 tỷ năm ánh sáng) một cách chi tiết hơn.
Như Andrew Levan của Viện Toán học, Vật lý thiên văn & Vật lý hạt Vật lý thiên văn tại Đại học Radboud ở Hà Lan, đã giải thích:
Các quan sát của Hub Hubble cho thấy vụ nổ đặc biệt này đang diễn ra trong một môi trường rất dày đặc, ngay giữa một thiên hà sáng cách xa 5 tỷ năm ánh sáng. Điều này thực sự không bình thường và cho thấy đó có thể là lý do tại sao nó tạo ra ánh sáng cực kỳ mạnh mẽ này.
Dấu mốc này là một minh chứng cho khả năng ngày càng tăng của các công cụ thiên văn và tầm quan trọng ngày càng tăng của hợp tác quốc tế. Nó cũng phù hợp với thời đại thiên văn học hiện nay, nơi những khám phá mang tính cách mạng đang trở nên phổ biến hơn. Với mỗi năm trôi qua, các hiện tượng từng được hiểu kém hoặc bị hạn chế giờ đây đang được nghiên cứu một cách thường xuyên.
