Določeni so fotoni iz gama-žarkov

Izbruhi gama-žarkov so nekateri najbolj energični dogodki v celotnem Vesolju, vendar je mehanizem teh odlivov do zdaj ostal skrivnost.

umetnikov vtis relativističnega curka, ki lomi naše velike zvezde. Zaslon za bližino prikazuje, kako razširitev curka gama-žarkov omogoča, da gama žarki (predstavljeni z belimi pikami) uidejo. Modre in rumene pike predstavljajo proton in elektrone znotraj curka (NAOJ).

Znanstveniki iz skupine RIKEN za pionirske raziskave in sodelavci so uporabili simulacije, s katerimi so pokazali, da fotoni, ki jih oddajajo dolgi razpoki gama žarkov - eden najbolj energičnih dogodkov v vesolju - izvirajo iz fotosfere - vidnega dela " relativistični curek ”, ki ga oddajajo eksplodirajoče zvezde.

Ilustracija, ki prikazuje najpogostejšo vrsto razpoka gama, do katere prihaja, ko se zruši ogromna zvezda, tvori črno luknjo in s skoraj hitrostjo svetlobe razstreli curke delcev navzven. (NASA / GSFC)

Izbruhi gama-žarkov so najmočnejši elektromagnetni pojav, ki ga opazimo v vesolju in sprostijo toliko energije v samo sekundi ali približno toliko, da se bo sonce sprostilo v celotni življenjski dobi. Čeprav so jih odkrili leta 1967, je mehanizem za to ogromno sproščanje energije dolgo ostal skrivnosten. Desetletja raziskav so končno razkrile, da dolgi rafali - ena od vrst porušitev - izvirajo iz relativističnih curkov snovi, ki so se izlivali med smrtjo ogromnih zvezd. Vendar pa je natanko to, kako gama-žarki nastajajo iz curkov, še danes skrivno skrivnost.

Trenutna raziskava, objavljena v reviji Nature Communications, se je začela z odkritjem, imenovanim Yonetoku odnos - razmerje med spektralno vršno energijo in vršno svetilnostjo GRB je najtesnejša korelacija, ugotovljena do zdaj v lastnostih emisije GRB - naredil jo je eden od njenih avtorjev . Tako zagotavlja najboljšo diagnostiko do zdaj za razlago mehanizma emisij in najstrožji test za kateri koli model razpokov gama žarkov.

Mimogrede, razmerje je pomenilo tudi, da lahko dolge poruhe gama žarkov uporabimo kot "standardno svečo" za merjenje razdalje, kar nam omogoča, da pokukamo dlje v preteklost kot supernove tipa 1A - ki se običajno uporabljajo, kljub temu da so veliko bolj zatemnjene od razpokov. Tako bi lahko dobili vpogled tako v zgodovino vesolja kot v skrivnosti, kot sta temna snov in temna energija.

Za samo trenutek supernova tipa 1a zasenči celotno galaksijo. Zaradi te svetilnosti je popolna „standardna sveča“ - predmet, ki ga lahko uporabimo za merjenje astronomskih razdalj (NASA / ESA.)

Z uporabo računalniških simulacij, izvedenih na več superračunalnikih, vključno z Aterui iz Japonskega nacionalnega astronomskega observatorija, Hokusai iz RIKEN-a in Cray xc40 z inštituta za teoretično fiziko Yukawa, se je skupina osredotočila na tako imenovani model "fotosferične emisije" - enega vodilni modeli za emisijski mehanizem GRB.

Ta model postulira, da se fotoni, vidni na zemlji, oddajajo iz fotosfere relativističnega curka. Ko se curek širi, fotoni lažje pobegnejo iz nje, saj je na voljo manj predmetov za razprševanje svetlobe. Tako se "kritična gostota" - kraj, kjer fotoni lahko pobegnejo - skozi curek premika navzdol, do materiala, ki je bil prvotno pri višji in večji gostoti.

Za preverjanje veljavnosti modela se je ekipa odločila preizkusiti na način, ki je upošteval globalno dinamiko relativističnih curkov in prenosa sevanja. Z uporabo kombinacije tridimenzionalnih relativističnih hidrodinamičnih simulacij in izračunov prenosa sevanja za oceno fotosferičnih emisij iz relativističnega curka, ki izbruhne iz masivnega zvezdnega ovoja, so lahko ugotovili, da je vsaj v primeru dolgih GRB - vrsta, povezana s takšnimi zrušitve masivnih zvezd - model je deloval.

Primerjava rezultatov Ito z opaženim razmerjem Yonetoku (Ito)

Njihove simulacije so tudi razkrile, da se lahko relacija Yonetoku reproducira kot naravna posledica medsebojnih zvezdah.

Hirotaka Ito iz grozda za pionirske raziskave, pravi; "To močno kaže, da je fotosferična emisija mehanizem emisij GRB."

Nadaljuje: "Medtem ko smo razjasnili izvor fotonov, še vedno obstajajo skrivnosti v zvezi s tem, kako same relativizacijske curke generirajo strmoglavljene zvezde.

"Naši izračuni bi morali zagotoviti dragocen vpogled za proučitev temeljnega mehanizma za generiranje teh izjemno močnih dogodkov."

Viri

Izvirna raziskava: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-09281-z

Objavljeno tudi v medijih Scisco