ПРЕОДОЛЯВАНЕ НА ГРАНИЦИТЕ

Eкспериментът MAGIC откри най-високоенергийните фотони от избухване на гама-лъчи в космоса

Повече от 15 години трите най-големи гама-астрономични експеримента в света HESS (в планините на Намибия), MAGIC (на вулканичен връх на остров Ла Палма, Канарски острови) и VERITAS ( в пустинята на Аризона) търсят свидетелство за многовисоко енергетично електромагнитно излъчване (над 1 Тераелектронволт) от космични гама-избухвания.

Избухванията на гама-лъчи (gamma-ray bursts, GRBs) са най-ярките след Големия взрив кратки електромагнитни космически експлозии, които ежедневно се появяват на небето в непредсказуемо място и време. GRB са регистрирани за пръв път през 1967 г. oт американски сателити VELA, чиято задача е била наблюдение над ядрените опити на Съветския съюз. Предполагало се е, че регистрираните кратки потоци от гама-лъчи са резултат от тайни ядрени изпитания на съветските физици и наблюденията са били засекретени. През 1973 г., след многогодишни изследвания учени от лабораторията Los Alamos декларират пред световната научна общност откритието на неизвестно космическо явление “избухване на гама-лъчи”. Поради неговата необяснимост GRB са обявени за “мистерията на Вселената”.

Въпреки, че GRB са открити преди половин век, до момента не е ясен произходът на явлението. Предполага се, че са резултат от колапса на масивни звезди или от сливането на неутронни звезди в далечни галактики. Те започват с първоначална, много ярка светкавица, наречена бърза емисия, с продължителност от части от секунда до стотици секунди, последвана от продължително лъчение в широк електромагнитен спектър, наречено “послесветене”.

Експерименталното изучаване на явлението е много сложно, поради неговото кратко съществуване, непредсказуемо местоположение и момент на възникване. Допълнителна трудност при регистрирането на това кратко явление в областта на високите енергии е рязко намаляващият поток на фотоните с ръста на тяхната енергия. Черенковският комплекс MAGIC е специално проектиран така, че след сигнал от сателити за поява на GRB в областта на ниските енергии, телескопите в течение на 30 секунди да се насочат към всяка точка на небето. Проследяването с наземни гама-телескопи на указаната от сателитите локация на GRB, се извършва по специално разработена от учените програма за изследване на гама-избухвания.

След петнадесет години постоянно търсене, на 14 януари 2019 г. телескопите MAGIC успяха да регистрират, за пръв път в света, GRB съпроводен с излъчване на електромагнитни кванти в областта на най-високите енергии (тераелектронволт, 10¹² еВ). Откритието бе направено след насочване на телескопите към областта на избухването, по сигнал от сателити, регистриращи фотони с ниски енергии. В течение на половин час експериментът успя да регистрира около 1000 гама-кванти с енергия над 10¹² еВ. Така MAGIC добави нов космически посланик към “мултисигналната” (multimessanger) астрофизика на гама експлозиите – тераелектронволтни фотони.

Откритието, направено от експеримента MAGIC води до принципиално ново разбиране за физическите процеси, протичащи в GRBs, които все още са научна загадка. Тераелектронволтните фотони, регистрирани от MAGIC, могат да се генерират само от процес, досега нeнаблюдаван в послесветенето на GRB, явно различен от физическия процес (синхротронно лъчение), предизвикващ излъчване на регистрираните досега по-нискоенергийни фотони. Поради тази причина астрофизикът проф. Пирон сравни откритието на MAGIC с намиране на ключ към загадката и определи значението му за науката като “откриване на Розетския камък за космическите гама-избухвания”.

Откритието на тераелектронволтни фотони от космическо гама-избухване е публикувано в две статии в списание “Nature”:

1. Acciari, V. A. … Makariev, M., Maneva, G., Minev, M., Temnikov, P., et al. “Teraelectronvolt emission from the γ-ray burst GRB 190114C”, Nature ,v. 575, pages455–458 (2019)
2. Acciari, V. A. … Makariev, M., Maneva, G., Minev, M., Temnikov, P., et al. “Observation of inverse Compton emission from a long γ-ray burst”, Nature, v. 575, pages459–463 (2019)

Колаборацията MAGIC е създадена с цел изучаване на космичното гама-лъчение чрез построяване, развитие и опериране на комплекс от два Черенковски телескопа, и обединява около 170 учени от 12 страни. Институтът за ядрени изследвания и ядрена енергетика (ИЯИЯЕ) на БАН участва активно от 2005 г. в колаборацията MAGIC.

Учените от ИЯИЯЕ проф. П. Темников, доц. Г. Манева, гл. ас. М. Макариев и физик М. Минев са част от международния колектив, автор на откритието. Участието на българските учени в експеримента MAGIC е подкрепено от Министерство на образованието и науката чрез проекта “CTA-MAGIC” на програмата Национална пътна карта за научна инфраструктура.

 

Един от телескопите "MAGIC"