Фотони от изблици на гама-лъчи са точно определени

Избухванията на гама-лъчи са едни от най-енергичните събития в цялата Вселена, но досега механизмът за тези изтичания остава нещо като загадка.

впечатление на художника от релативистичен джет, който разбива нашата на масивна звезда. Панелът отблизо показва как разширяването на спуквания гама-лъч позволява на гама-лъчите (представени от бели точки) да избягат. Сините и жълтите точки представляват съответно протона и електроните в струята (NAOJ).

Учени от клъстера за пионерски изследвания RIKEN и сътрудници са използвали симулации, за да покажат, че фотоните, излъчвани от дълги изблици на гама-лъчи - едно от най-енергийните събития, които се случват във Вселената - произхождат от фотосферата - видимата част на „ релативистичен струя ”, който се излъчва от експлодиращи звезди.

Илюстрация, показваща най-често срещания тип изблик на гама-лъчи, който се случва, когато масивна звезда се срути, образува черна дупка и изстрелва струи на частици навън с почти скоростта на светлината. (НАСА / GSFC)

Изблиците на гама-лъчи са най-мощното електромагнитно явление, наблюдавано във Вселената, освобождаващо толкова енергия само за секунда или толкова, колкото слънцето ще се освободи през целия си живот. Въпреки че са открити през 1967 г., механизмът зад това огромно освобождаване на енергия дълго остава загадъчен. Десетилетия проучвания най-накрая разкриха, че дългите изблици - един от видовете изблици - произхождат от релативистични струи материя, изхвърлена по време на смъртта на масивни звезди. Въпреки това, как точно се произвеждат гама-лъчите от струите, и до днес е забулена в мистерия.

Настоящото изследване, публикувано в Nature Communications, започна от откритие, наречено отношение Yonetoku - връзката между спектралната пикова енергия и пиковата светимост на GRBs е най-тясната корелация, открита досега в свойствата на емисиите на GRB - направена от един от нейните автори , По този начин той осигурява най-добрата диагностика досега за обяснение на механизма на емисиите и най-строгият тест за всеки модел на изблици на гама-лъчи.

Между другото, връзката също означаваше, че дългите гама-излъчвания могат да бъдат използвани като „стандартна свещ“ за измерване на разстояние, което ни позволява да надникнем по-далеч в миналото, отколкото свръхнове тип 1А - обикновено използвани, въпреки че са много по-тъмни от изблиците. Това би позволило да се добие представа както за историята на Вселената, така и за мистерии като тъмна материя и тъмна енергия.

Само за момент, свръхнова тип 1а засенчва цяла галактика. Тази светимост ги прави перфектна „стандартна свещ“ - обект, който може да се използва за измерване на астрономически разстояния (НАСА / ЕКА.)

Използвайки компютърни симулации, извършени на няколко суперкомпютри, включително Aterui от Националната астрономическа обсерватория на Япония, Хокусай от RIKEN и Cray xc40 от Института за теоретична физика Юкава, групата се фокусира върху така наречения модел „фотосферна емисия“ - един от тях водещи модели за емисионния механизъм на GRBs.

Този модел постулира, че видимите на земята фотони се излъчват от фотосферата на релативистката струя. С разширяването на струята фотоните стават по-лесни за бягство отвътре, тъй като има по-малко обекти за разпръскване на светлината. По този начин „критичната плътност“ - мястото, където става възможно да избягат фотоните - се движи надолу през струята, към материал, който първоначално е бил с по-висока и по-висока плътност.

За да провери валидността на модела, екипът се зае да го тества по начин, който отчита глобалната динамика на релативистичните струи и преноса на радиация. Използвайки комбинация от триизмерни релативистични хидродинамични симулации и изчисления за пренос на радиация за оценка на фотосферните емисии от релативистична струя, избухнала от масивна звездна обвивка, те успяха да определят, че поне в случай на дълги GRBs - типът, свързан с такъв срутване на масивни звезди - моделът работеше.

Сравнението на резултатите на Ito с наблюдаваната връзка Yonetoku (Ito)

Техните симулации също така разкриха, че връзката Yonetoku може да бъде възпроизведена като естествена последица от взаимодействията на струите и звездите.

Хиротака Ито от клъстера за пионерски изследвания, казва; „Това категорично подсказва, че фотосферната емисия е механизмът за емисии на GRBs.“

Той продължава: „Докато изяснихме произхода на фотоните, все още има загадки относно това как самите релативистични струи се генерират от сриващите се звезди.

„Нашите изчисления трябва да дадат ценна представа за разглеждането на основния механизъм, който стои зад генерирането на тези изключително мощни събития.“

Източници

Оригинално изследване: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-09281-z

Публикувана също в медиите на Scisco