9 октября 2022 года земные детекторы зафиксировали гамма-всплеск невиданной силы. GRB 221009A оказался настолько ярким, что его излучение ионизировало верхние слои ионосферы, а спутниковые приборы временно ослепли. В спектре этого взрыва астрономы впервые надёжно выделили серию эмиссионных линий, энергия которых менялась со временем по степенному закону. Линия вела себя как путешественник, теряющий энергию в толпе электронов.

Модель, предложенная авторами, описывает этот путь. Линия рождается в субфотосфере джета (внутренней области, непрозрачной для излучения) при аннигиляции электрон-позитронных пар — превращении частицы и античастицы в излучение. Начальная энергия фотонов составляет 511 кэВ. Затем они проходят через плотную плазму с температурой электронов около 2 кэВ и плотностью 2×$10^9$ см⁻³. При каждом рассеянии на электроне фотон отдаёт часть энергии — этот процесс называется даун-комптонизацией, то есть охлаждением фотонов. В результате энергия линии падает от 37 до 6 МэВ.

Расчёты воспроизвели наблюдаемую эволюцию линии: центральная энергия убывает по степенному закону с показателем -1.11, ширина линии остаётся около 10% от энергии, а поток убывает с показателем -1.94. Эти значения согласуются с данными в пределах ошибок. Ключевой результат — ограничение на параметры плазмы в джете: плотность электронов 2×$10^9$ см⁻³ и температура 2 кэВ. Это указывает на существование плотной тепловой плазмы в релятивистском джете, что ранее не было подтверждено наблюдениями.

Работа впервые объединяет процесс даун-комптонизации с динамикой джета для объяснения эволюции эмиссионной линии. Раньше было непонятно, почему линия эволюционирует по степенному закону и какой механизм отвечает за её свойства. Теперь стало ясно, что линия рождается при аннигиляции пар, а затем охлаждается за счёт даун-комптонизации в плотной плазме джета. Этот метод можно применять для диагностики плазмы в других гамма-всплесках и астрофизических джетах. Линия становится инструментом, позволяющим заглянуть внутрь релятивистского выброса и измерить его плотность и температуру. Путешественник, пробираясь сквозь толпу, рассказывает о том, как устроена эта толпа.