Iš gama spindulių sprogo fotonai

Gama spinduliuotės sprogimai yra vieni energingiausių įvykių visoje Visatoje, tačiau iki šiol šių nutekėjimų mechanizmas išliko paslaptis.

menininko įspūdis, kad reliatyvistinis reaktyvinis lėktuvas sulaužė mūsų masyvią žvaigždę. Iš arti esančiame skydelyje parodyta, kaip išplėtus gama spinduliuotės sprogdinimo srautą galima išvengti gama spindulių (kuriuos nurodo balti taškai). Mėlyni ir geltoni taškai nurodo protoną ir elektronus atitinkamai srovėje (NAOJ).

„RIKEN“ novatoriškų tyrimų klasterio mokslininkai ir bendradarbiai pasitelkė modeliavimą, kad parodytų, kad ilgojo gama spinduliuotės sklidimo fotonai - vienas energingiausių įvykių, vykstančių Visatoje, yra fotosferoje - matomoje „ relativistinis lėktuvas “, kurį skleidžia sprogstančios žvaigždės.

Iliustracija, rodanti dažniausiai pasitaikantį gama spinduliuotės sprogimo tipą, kuris, kaip manoma, įvyksta, kai masyvi žvaigždė griūva, susidaro juodoji skylė ir išpūtė dalelių purkštukus į išorę beveik šviesos greičiu. (NASA / GSFC)

Gama spindulių pluoštai yra pats galingiausias Visatoje stebimas elektromagnetinis reiškinys, kuris maždaug per sekundę išskiria tiek energijos, kiek saulė išleis per visą jos gyvavimo laiką. Nors jie buvo aptikti 1967 m., Šio milžiniško energijos išsiskyrimo mechanizmas ilgai išliko paslaptingas. Dešimtmečius trukęs tyrimas pagaliau atskleidė, kad ilgi sprogimai - viena iš sprogimų rūšių - kyla iš reliatyvistinių materijos purkštukų, išstumtų mirus didžiulėms žvaigždėms. Tačiau tai, kaip iš purkštukų gaminami gama spinduliai, vis dar yra paslaptis.

Dabartinis tyrimas, paskelbtas „Nature Communications“, prasidėjo nuo atradimo, pavadinto „Yonetoku“ ryšiu - vieno iš jo autorių ryšys tarp didžiausios spektrinės energijos ir didžiausio GRB ryškumo yra griežčiausia koreliacija, iki šiol nustatyta GRB emisijos savybėse. . Taigi tai yra geriausia diagnostika iki šiol paaiškinant emisijos mechanizmą ir griežčiausias bet kurio modelio gama spindulių bangų testas.

Beje, santykiai taip pat reiškė, kad ilgos gama spinduliuotės pliūpsniai gali būti naudojami kaip „standartinė žvakė“ atstumui matuoti, leidžianti mums pažvelgti į praeitį labiau nei 1A tipo supernovos - dažniausiai naudojamos, nepaisant to, kad jos yra daug silpnesnės nei sprogstamosios. Tai leistų įgyti žinių tiek apie Visatos istoriją, tiek apie tokias paslaptis, kaip tamsiosios materijos ir tamsiosios energijos.

Tik akimirką 1a tipo supernova aplenkia visą galaktiką. Šis blizgesys daro juos tobula „standartine žvakė“ - daiktu, kuris gali būti naudojamas astronominiams atstumams matuoti (NASA / ESA.)

Naudodama kompiuterinius modeliavimus, atliktus keliuose superkompiuteriuose, įskaitant Aterui iš Japonijos nacionalinės astronomijos observatorijos, Hokusai iš RIKEN ir Cray xc40 iš Yukawa Teorinės fizikos instituto, grupė sutelkė dėmesį į vadinamąjį „fotoferinės emisijos“ modelį - vieną iš pagrindiniai GRB emisijos mechanizmo modeliai.

Šis modelis teigia, kad žemėje matomi fotonai yra skleidžiami iš reliatyvistinės srovės fotosferos. Kai purkštukas plečiasi, fotonams lengviau išeiti iš jo, nes yra mažiau objektų, kurie išsklaidytų šviesą. Taigi „kritinis tankis“ - vieta, kur fotonai gali ištrūkti - juda žemyn per purkštuką į medžiagą, kurios tankis iš pradžių buvo didesnis.

Norėdami patikrinti modelio pagrįstumą, komanda pasiryžo jį išbandyti atsižvelgiant į pasaulinę reliatyvistinių purkštukų ir radiacijos perdavimo dinamiką. Naudodami trijų matmenų reliatyvistinių hidrodinaminių modeliavimų ir radiacijos perdavimo skaičiavimų derinį, kad įvertintumėte fotoaparato spinduliuotę iš reliatyvistinės srovės, sklindančios iš didžiulio žvaigždės apvalkalo, jie sugebėjo nustatyti, kad bent jau ilgų GRB atveju - tipas, susijęs su tokiais griūvančios didžiulės žvaigždės - modelis dirbo.

Ito rezultatų palyginimas su stebėtu Yonetoku ryšiu (Ito)

Jų modeliavimas taip pat atskleidė, kad Jonetoku ryšį galima atkurti kaip natūralią reaktyvinio ir žvaigždinio sąveikos pasekmę.

Sako novatoriškų tyrimų klasteris Hirotaka Ito; „Tai labai rodo, kad fotoferos spinduliavimas yra GRB emisijos mechanizmas.“

Jis tęsia: „Nors mes išsiaiškinome fotonų kilmę, vis dar yra paslapčių apie tai, kaip sugriuvusias žvaigždes sukuria patys reliatyvistiniai purkštukai.

„Mūsų skaičiavimai turėtų suteikti vertingų įžvalgų, nagrinėjant pagrindinį šių nepaprastai galingų įvykių generavimo mechanizmą“.

Šaltiniai

Originalus tyrimas: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-09281-z

Taip pat paskelbta „Scisco“ žiniasklaidoje