A gamma-kitörések nem számítanak különleges eseményeknek az univerzum életében és a csillagászok számára is gyakran adódik alkalom, hogy megfigyeljék a jelenséget, mivel a teleszkópok rendszeresen detektálnak kisebb felvillanásokat. Gamma-kitörések (gamma-ray burst, GRB) akár naponta megfigyelhetőek azoknak a műholdaknak a berendezéseivel, amelyet ezeknek az eseményeknek az észlelésre alakítottak ki, azonban a kitörések nagy része távolról érkezik, akár a Földtől több milliárd fényévre zajló robbanások utóhatásaként, mikor nagytömegű csillagok életük végére érve összeomlanak és fekete lyukká vagy neutroncsillagá alakulnak.

A hatalmas energiákat felszabadító kozmikus események nagyenergiájú fotonokat indítanak útjukra, amelyek a kutatók elméletei szerint nem szóródnak szét minden irányba, hanem vékony sugárban (kúp alakzatban) haladnak. Ennek következtében a műholdak/teleszkópok műszerei csak azokat a gamma-kitöréseket tudják észlelni, amelyek kifejezetten a Föld irányába tartanak, vagyis a GRB-kből sokkal több is előfordulhat a megfigyelt átlag napi egynél. Azt, hogy valójában mennyi a lehetséges kitörések száma a kúp formája és nyílásszöge határozza meg, ami a csillagászok teóriája szerint mindössze néhány fokos, ami azt jelenti, hogy gamma-kitörésekből akár napi 500 is történhet, még ha ezt mérésekkel nem is lehet alátámasztani.

A megfigyelt gamma-kitörések közül az elmúlt években rendszeresen sikerült egyre nagyobb és nagyobb energiájú eseményeket detektálni, ami részben az egyre fejlettebb megfigyelőeszközöknek köszönhető: 2019. augusztus 29-én a GRB 190829 jelű eseményt például a Namíbiában található High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) nevű teleszkóprendszerrel mérték, ami 2012-ben bővült 5 tagúra és egészen széles energiatartományban, 0,03 és 100 TeV között detektálja a fotonokat. A GRB 190829 során 3,3 Teraelektronvolt energiájú fotonokat mutattak ki és ez volt az az esemény, ami a bolygónkhoz egészen közel, egymilliárd fényévre történt, a gamma-kitöréseknél szokásosnak mondható 20 milliárd fényév távolság helyett.

Idén október 9-én azonban ezen is jócskán túltett egy újabb rekorddöntő intenzitású kitörés: a GRB 221009A jelű esemény, amelyet az előzőekhez hasonlóan elsőként a Swift szonda Burst Alert Telescope (BAT) teleszkópja észlelt, több szempontból is kiemelkedőnek számít a kitörések között. Egyrészt a Földhöz "közel", 2,4 milliárd fényévre zajlott le és a sugara egyenesen a bolygó felé tartott, másrészt olyan rendkívüli energiájú részecskéket indított útnak, amelyek minden korábbinál intenzívebbnek bizonyultak. A kitörést, pontosabban annak sugárzását, ami most érte el a Földet, számos obszervatóriumban figyelemmel kísérték, de a kínai LAAHSO (Large High Altitude Air Shower Observatory) KM2A berendezése közvetítette a legérdekesebb adatokat. A KM2A-t néhány évvel ezelőtt üzemelték be és a feladata kifejezetten a 10 TeV-nál nagyobb energiájú gamma-források keresése, most pedig mintegy 5000 nagyenergiájú fotont, köztük 18 TeV energiájút is sikerült befognia, ami jelentősen meghaladja a szokásos mértéket, mivel egy-egy kitörés során alkalmanként általában néhány száz nagyenergiájú részecskét detektálnak a csillagászok.

A Quanta Magazin beszámolója szerint azt, hogy hogyan lehetséges egy ilyen rendhagyó gamma-kitörésből származó fotonnak eljutnia a Földig, a kutatók egy lehetséges sötét anyag teóriával magyarázzák: a részecskét azért nem térítette el és nyelte el az útja során a más részecskékkel való interakció, mert időközben egy axionszerű részecskévé (ALP) alakult, majd visszaváltozott fotonná a Föld mágneses terének hatására. Az olasz kutatók által javasolt magyarázat szerint az esemény és a mérések bizonyítékot szolgálhatnak a hideg sötét anyag jelöltjének számító részecskék létezésére, és nem az ő teóriájuk az egyetlen, ami hasonló következtetésekre jut a megfigyeléseket illetően. A Hamburgi Egyetem kutatói szintén arról számoltak be tanulmányukban, hogy, mivel egy ilyen nagyenergiájú fotont nem lehetséges detektálni a modellek szerint, ezért más megoldást kell találni a jelenlétére és ebben szerepet játszhatnak az ALP részecskék is.

A kutatók szerint a fotonok a gamma-kitörés kiindulópontjaként szolgáló galaxisban, majd a Tejútrendszerben is, axionszerű részecskékkel vegyültek a mágneses mezőben

és a keveredés hatására jelentősen nőtt az energiájuk.

Az elmélet csak egy lehetséges magyarázatot ad a szokatlan észlelésre, a kutatók nem zárják ki annak a lehetőségét sem, hogy a mérések során történt valami hiba és félreértelmezték ezt a különös "kozmikus sugár esőt", amit a LAAHSO-ban mértek. Ami a megfigyeléseket még inkább bonyolítja és további kérdéseket vet fel a gamma-kitöréssel kapcsolatban, az az, hogy az orosz Baksan Neutrínó Obszervatórium Carpet-2 berendezése az eseménnyel valószínűleg összefüggő, 251 TeV energiájú foton hatását detektálta, 1338 másodperccel azután, hogy a Swiftbe megérkeztek az első jelek a kitörésről.

"250 TeV fotonok (ahogyan a LAAHSO által detektált 18 TeV fotonok sem) nem tudnak elérni minket a becsült z=0,151 vöröseltolódású gamma-kitörésből, hacsak nem rendhagyó részecskefizikai jelenségről van szó."

- írják a The Astronomer's Telegramon a felfedezéssel kapcsolatban.

Hogy az eddigi legintenzívebb gamma-kitörés valóban a sötét anyag mibenlétére nyújt-e közelebbi magyarázatot, illetve az anyagot alkotó részecskék létezésére bizonyítékot, egyelőre eldöntetlen kérdés, de az adatok elemzése valószínűleg még sok éven át ad feladatot a kutatóknak. A további vizsgálatok és a még fejlettebb műszerekkel való mérések, valamint egy következő nagyenergiájú kitörés detektálása mind hozzájárulhat ahhoz, hogy a gamma-kitörések és az ALP részecskék lehetséges kapcsolatának titkát végül sikerüljön megfejteni.

(Fotó: DESY/Science Communication Lab)

Léteznek sötét csillagok, amiket nem fúziós energia, hanem a sötét anyag megsemmisülése fűt A kutatók újabb számítások alapján bizonyították a régi teóriát, ami szerint léteztek és talán még ma is léteznek sötét csillagok, amelyek teljesen más módon működnek, mint a fényes társaik.