OP 313 rikkoi kaukaisimman suurienergisen blasaarin ennätyksen

Kahdeksan miljardin vuoden matka

CTAO:n LST-yhteistyön ja MAGIC-yhteistyön havainnot vahvistivat, että OP 313 on kaukaisin blasaari, joka on tähän mennessä havaittu erittäin suurienergisillä (VHE, yli 100 GeV:n) gammasäteillä. Tasaisen radiospektrin radiokvasaarina tunnetun kohteen punasiirtymä on z = 0,997. Joulukuussa 2023 tapahtuneen purkauksen aikana säteilyä havaittiin noin 0,3 Rapuyksikön verran yli 100 GeV:n energioilla, vaikka lähde sijaitsee noin kahdeksan miljardin valovuoden päässä. 3

Punasiirtymä kertoo, kuinka paljon maailmankaikkeuden laajeneminen on venyttänyt kohteen valoa sen matkan aikana. OP 313:n gammasäteet lähtivät liikkeelle maailmankaikkeuden ollessa paljon nykyistä nuorempi, kosmisen tähtienmuodostuksen huippukauden eli niin kutsutun kosmisen keskipäivän jälkeen. Ennätys koskee nimenomaan erittäin suurienergistä blaasaria tai aktiivista galaksiydintä – ei välttämättä kaikenlaisia erittäin suurienergisiä ohimeneviä ilmiöitä. 31

Miten säteily havaittiin?

LST-1 aloitti seurannan saatuaan Fermi-LAT-avaruusteleskoopilta ilmoituksen OP 313:n voimistuneesta aktiivisuudesta. LST-1:n matala energiaraja ja suuri keräysala olivat ratkaisevia, sillä kaukaisen kohteen gammasäteily vaimenee tehokkaasti matkalla Maahan. MAGICin kaksi teleskooppia tekivät havainnoista riippumattoman tarkistuksen ja laajensivat mittausta. 73

LST-1 ja MAGIC eivät kuvaa gammasäteitä samalla tavalla kuin tavallinen optinen teleskooppi kuvaa näkyvää valoa. Kun gammasäteet osuvat Maan ilmakehään, ne synnyttävät lyhyitä hiukkassuihkuja. Näiden hiukkasten aiheuttamat himmeät Tšerenkovin valonvälähdykset voidaan rekisteröidä maanpäällisillä ilmakehäteleskoopeilla, ja niiden perusteella gammasäteilyn energia ja tulosuunta voidaan päätellä.

Gammasäteet toimivat maailmankaikkeuden taustavalon mittarina

Miljardien vuosien matkalla OP 313:n erittäin suurienergiset gammasäteet kulkivat ekstragalaktisen taustavalon (EBL) läpi. EBL on tähtien ja galaksien historian aikana kertynyt, optisen valon, infrapunasäteilyn ja ultraviolettisäteilyn muodostama himmeä taustasäteily.

Gammasäde voi törmätä EBL:n fotoniin ja muuttua elektronin ja positronin muodostamaksi hiukkaspariksi. Tällainen parinmuodostus poistaa osan gammasäteistä havaittavasta säteilykeilasta ja jättää spektriin energian mukaan muuttuvan vaimenemisen jäljen. Kun tutkijat mallinsivat lähteen alkuperäistä spektriä yhdessä Fermi-, LST-1- ja MAGIC-aineistojen kanssa, he pystyivät asettamaan tiukkoja ylärajoja EBL:n kokonaismäärälle. LST-1-aineistoon perustuvassa sovituksessa saatiin esimerkiksi raja λIλ < 8,74 nW m⁻² sr⁻¹ aallonpituudella 0,6 mikrometriä. 3

Toisin sanoen OP 313:n kaukaa saapunut säteily ei kertonut ainoastaan itse kohteesta. Se toimi myös koettimena maailmankaikkeuden läpi kulkevalle, hajanaiselle taustavalolle.

Mikä synnyttää purkauksen?

Moniaaltoalueen havaintojen perusteella OP 313:n suihkussa liikkuu lähes valonnopeudella kulkevia elektroneja. Ne sirottavat pienienergisiä fotoneita niin kutsutussa käänteisessä Comptonin sironnassa ja nostavat niiden energian gammasäteilyksi. Suihku osoittaa lähelle Maata, joten relativistinen suuntaavuus eli beaming voimistaa havaittavaa säteilyä huomattavasti. 3

LST-1:n ensimmäinen tieteellinen löytö

Havainto syntyi LST-1:n ollessa vielä käyttöönottovaiheessa. Se osoitti, että teleskoopin prototyyppi pystyy tutkimaan erittäin suurienergisen gammasäteilyn matalaenergistä aluetta – juuri sitä aluetta, joka on tärkeä kaukaisille lähteille, joiden säteilyä EBL vaimentaa voimakkaasti.

La Palman CTAO-North-keskukseen suunniteltu neljän suuren LST-teleskoopin kokonaisuus on määrä vihkiä käyttöön 15. lokakuuta 2026. Sen tavoitteena on ulottua noin 20 GeV:n energioihin ja parantaa siten mahdollisuuksia havaita vielä kaukaisempia gammasäteilyn lähteitä. 1245