Fotoner fra gammastråle-bursts ble presisert

Gamma-ray bursts er noen av de mest energiske hendelsene i hele universet, men frem til nå har mekanismen for disse utstrømmene forblitt noe av et mysterium.

kunstnerens inntrykk av at relativistisk jet bryter vår av en massiv stjerne. Nærbildepanelet viser hvordan utvidelsen av gammastråle-burst jet gjør det mulig for gammastråler (representert av hvite prikker) å unnslippe. De blå og gule prikkene representerer henholdsvis proton og elektron i strålen. (NAOJ).

Forskere fra RIKEN Cluster for Pioneering Research og samarbeidspartnere har brukt simuleringer for å vise at fotonene som sendes ut av lange gammastråle-utbrudd - en av de mest energiske hendelsene som finner sted i universet - har sin opprinnelse i fotosfæren - den synlige delen av " relativistisk jet ”som slippes ut av eksploderende stjerner.

En illustrasjon som viser den vanligste typen gamma-ray burst tenkt å oppstå når en massiv stjerne kollapser, danner et svart hull og sprenger partikkelstråler utover med nesten lysets hastighet. (NASA / GSFC)

Gamma-ray bursts er det kraftigste elektromagnetiske fenomenet som er observert i universet, og frigjør så mye energi på bare et sekund som solen vil frigjøre over hele levetiden. Selv om de ble oppdaget i 1967, var mekanismen bak denne enorme frigjøringen av energi lenge mystisk. Tiår med studier avslørte endelig at lange utbrudd - en av typen utbrudd - stammer fra relativistiske materiefly som ble kastet ut under massive stjerners død. Hvordan gamma-strålene produseres fra jetflyene, er imidlertid fremdeles tilslørt av mystikk i dag.

Den nåværende forskningen, publisert i Nature Communications, startet fra et funn kalt Yonetoku-forholdet - forholdet mellom spektralt toppenergi og topplyshet for GRB-er er den tetteste korrelasjonen hittil funnet i egenskapene til GRB-utslipp - laget av en av dens forfattere . Det gir dermed den beste diagnostiske så langt for å forklare utslippsmekanismen, og den strengeste testen for alle modeller av gammastråle-utbrudd.

For øvrig betydde forholdet også at lange gammastråle-utbrudd kunne brukes som et "standardlys" for å måle avstand, slik at vi kunne kikke lenger inn i fortiden enn supernovaer av type 1A - ofte brukt, til tross for at de er mye dunkere enn utbruddene. Dette ville gjøre det mulig å få innsikt i både universets historie og i mysterier som mørk materie og mørk energi.

For bare et øyeblikk overskygger en supernova av type 1a en hel galakse. Denne lysstyrken gjør dem til et perfekt 'standardlys' - et objekt som kan brukes til å måle astronomiske avstander (NASA / ESA.)

Ved å bruke datasimuleringer utført på flere superdatamaskiner, inkludert Aterui fra National Astronomical Observatory of Japan, Hokusai fra RIKEN, og Cray xc40 fra Yukawa Institute for Theoretical Physics, fokuserte gruppen på den såkalte "fotosfæriske utslippsmodellen" - en av de ledende modeller for utslippsmekanismen til GRB-er.

Denne modellen postulerer at fotonene som er synlige på jorden, sendes ut fra fotosfæren til den relativistiske strålen. Når jetjet ekspanderer, blir det lettere for fotoner å rømme fra den, siden det er færre objekter tilgjengelig for å spre lyset. Dermed beveger den "kritiske tettheten" - stedet der det blir mulig for fotonene å slippe ut - nedover gjennom strålen, til materiale som opprinnelig hadde høyere og høyere tetthet.

For å teste gyldigheten av modellen, forsøkte teamet å teste den på en måte som tok hensyn til den globale dynamikken i relativistiske jetfly og stråleoverføring. Ved å bruke en kombinasjon av tredimensjonale relativistiske hydrodynamiske simuleringer og strålingsoverføringsberegninger for å evaluere fotosfæriske utslipp fra en relativistisk jet som bryter ut av massiv stjernekonvolutt, var de i stand til å bestemme at i hvert fall i tilfelle lange GRB-er - typen assosiert med slikt kollapsende massive stjerner - modellen fungerte.

Sammenligningen av Itos resultater med det observerte Yonetoku-forholdet (Ito)

Simuleringene deres avslørte også at Yonetoku-forholdet kunne reproduseres som en naturlig konsekvens av jet-stjerners interaksjoner.

Hirotaka Ito fra Cluster for Pioneering Research, sier; "Dette antyder sterkt at fotosfærisk utslipp er utslippsmekanismen til GRB-er."

Han fortsetter: ”Mens vi har belyst fotonenes opprinnelse, er det fortsatt mysterier om hvordan de relativistiske jetflyene selv genereres av de kollapsende stjernene.

"Våre beregninger skal gi verdifull innsikt for å se på den grunnleggende mekanismen bak genereringen av disse enormt kraftige hendelsene."

kilder

Original forskning: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-09281-z

Også publisert på Scisco media