Zaznamenali sa fotóny z gama lúčov

Gama lúče sú jedny z najenergetickejších udalostí v celom vesmíre, zatiaľ však mechanizmus týchto odtokov zostáva záhadou.

umelecký dojem relativistického lúča, ktorý láme našu obrovskú hviezdu. Close-up panel ukazuje, ako rozšírenie tryskového lúča gama umožňuje únikom gama lúčov (reprezentovaných bielymi bodkami). Modré a žlté bodky predstavujú protón a elektróny v prúde, respektíve (NAOJ).

Vedci z klastra RIKEN pre priekopnícky výskum a spolupracovníci použili simulácie, aby ukázali, že fotóny emitované dlhotrvajúcimi výbojmi gama - jedna z najenergetickejších udalostí vo vesmíre - pochádzajú z fotosféry - viditeľná časť „ relativistický prúd “, ktorý je emitovaný vybuchujúcimi hviezdami.

Ilustrácia znázorňujúca najbežnejší typ prasknutia gama žiarenia, ktorý sa vyskytuje, keď sa zrúti mohutná hviezda, vytvorí čiernu dieru a tryskajúce častice prúdia smerom von takmer rýchlosťou svetla. (NASA / GSFC)

Gama lúče sú najsilnejším elektromagnetickým fenoménom pozorovaným vo vesmíre, ktorý uvoľní toľko energie za sekundu alebo približne tak, ako sa slnko uvoľní počas celej svojej životnosti. Aj keď boli objavené v roku 1967, mechanizmus tohto obrovského uvoľňovania energie zostal dlho záhadný. Desaťročia štúdií nakoniec odhalili, že dlhé výbuchy - jeden z typov výbuchov - pochádzajú z relativistických prúdov hmoty vyvrhnutých počas smrti obrovských hviezd. Presný spôsob výroby gama lúčov z trysiek je však dnes zahalený tajomstvom.

Súčasný výskum, publikovaný v Nature Communications, sa začal objavom nazývaným Yonetokuho vzťah - vzťah medzi spektrálnou špičkovou energiou a maximálnou svietivosťou GRB je doteraz najpriamejšou koreláciou zistenou vo vlastnostiach emisie GRB - ktorú urobil jeden z jej autorov. , Poskytuje teda najlepšiu doterajšiu najlepšiu diagnostiku na vysvetlenie emisného mechanizmu a najprísnejšiu skúšku pre akýkoľvek model gama lúčov.

Mimochodom, vzťah tiež znamenal, že dlhé impulzy gama žiarenia by sa mohli použiť ako „štandardná sviečka“ na meranie vzdialenosti, čo nám umožňuje nahliadnuť ďalej do minulosti ako supernovy typu 1A - bežne používané, napriek tomu, že sú oveľa slabšie ako výbuchy. Umožnilo by to nahliadnuť do histórie vesmíru a do tajomstiev, ako je temná hmota a temná energia.

Supernova typu 1a na okamih zatieni celú galaxiu. Táto svietivosť z nich robí perfektnú „štandardnú sviečku“ - objekt, ktorý možno použiť na meranie astronomických vzdialeností (NASA / ESA.)

Použitím počítačových simulácií vykonaných na niekoľkých superpočítačoch vrátane Aterui z Národného astronomického observatória Japonska, Hokusai z RIKEN a Cray xc40 z Yukawského inštitútu teoretickej fyziky sa skupina zamerala na tzv. Model „fotosférickej emisie“ - jeden z vedúce modely emisného mechanizmu GRB.

Tento model predpokladá, že fotóny viditeľné na Zemi sú emitované z fotosféry relativistického prúdu. Keď sa prúd rozširuje, fotóny z neho ľahšie unikajú, pretože na rozptyl svetla je k dispozícii menej objektov. Teda „kritická hustota“ - miesto, kde je možné, aby fotóny unikli - sa pohybuje prúdom dolu smerom k materiálu, ktorý bol pôvodne pri vyššej a vyššej hustote.

Aby sa testovala platnosť modelu, tím sa rozhodol testovať ho spôsobom, ktorý zohľadnil globálnu dynamiku relativistických prúdov a prenos žiarenia. Použitím kombinácie trojrozmerných relativistických hydrodynamických simulácií a výpočtov prenosu žiarenia na vyhodnotenie fotosférických emisií z rozpadu relativistického lúča z obrovskej hviezdnej obálky sa im podarilo zistiť, že aspoň v prípade dlhých GRB - typ asociovaný s takýmto kolaps masívnych hviezd - model fungoval.

Porovnanie výsledkov Ito s pozorovaným vzťahom Yonetoku (Ito)

Ich simulácie tiež odhalili, že vzťah Yonetoku by sa mohol reprodukovať ako prirodzený dôsledok interakcií prúd-hviezd.

Hirotaka Ito z klastra pre priekopnícky výskum, hovorí; „To jednoznačne naznačuje, že fotosférická emisia je emisným mechanizmom GRB.“

Pokračuje: „Aj keď sme objasnili pôvod fotónov, stále existujú záhady týkajúce sa toho, ako samotné relativistické trysky vytvárajú padajúce hviezdy.

„Naše výpočty by mali poskytnúť cenné informácie o nahliadnutí do základného mechanizmu generovania týchto mimoriadne silných udalostí.“

zdroje

Pôvodný výskum: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-09281-z

Publikované tiež na médiu Scisco