Фотони з гамма-випромінювань чітко визначені

Вибухи гамма-променів - одні з найенергійніших подій у всьому Всесвіті, але до цих пір механізм цих відпливів залишався таємницею.

Враження художника від релятивістського струменя, що розбиває наш масивний зірки. На панелі закритого плану показано, як розширення струменя вибуху гамма-променів дозволяє гамма-випромінюванням (представленим білими крапками) виходити. Сині та жовті точки відповідно представляють протон та електрони всередині струменя. (NAOJ).

Вчені з кластеру RIKEN для піонерських досліджень та співробітники використовували моделювання, щоб показати, що фотони, що випромінюються довгими вибухами гамма-променів - однією з найенергійніших подій, що відбулася у Всесвіті - беруть початок у фотосфері - видимій частині " релятивістський струмінь ”, що випромінюється вибухаючими зірками.

Ілюстрація, що показує найпоширеніший тип вибуху гамма-випромінювання, який виникає, коли масивна зірка розвалюється, утворює чорну діру і вибухає струменем частинок назовні майже зі швидкістю світла. (NASA / GSFC)

Вибухи гамма-випромінювання - це найпотужніше електромагнітне явище, яке спостерігається у Всесвіті, і воно випускає стільки ж енергії за секунду або близько того, як Сонце випустить протягом усього свого життя. Незважаючи на те, що вони були виявлені в 1967 році, механізм цього величезного вивільнення енергії довго залишався загадковим. Десятиріччя досліджень нарешті виявили, що довгі сплески - один із видів сплеску - походять від релятивістських струменів речовини, що викидаються під час загибелі масивних зірок. Однак, як саме гамма-випромінювання виробляються із струменів, до цих пір завуальовано таємницею.

Нинішнє дослідження, опубліковане в Nature Communications, почалося з відкриття, яке називалося відношенням Yonetoku - співвідношення між спектральною піковою енергією та піковою світністю GRB - це найтісніша кореляція, виявлена ​​на даний момент у властивості викидів GRB - зроблена одним з її авторів . Таким чином, це забезпечує найкращий на сьогоднішній день діагностику для пояснення механізму викидів та найсуворіший тест для будь-якої моделі вибухів гамма-променів.

Між іншим, цей зв'язок також означав, що довгі вибухи гамма-променів можуть використовуватися як «стандартна свічка» для вимірювання відстані, що дозволяє нам зазирнути далі в минуле, ніж наднові типу 1А - зазвичай використовувані, незважаючи на те, що вони набагато тьмяніші, ніж вибухи. Це дозволило б отримати уявлення як про історію Всесвіту, так і для таємниць, таких як темна матерія і темна енергія.

Всього на мить наднова типу 1а затьмарює всю галактику. Ця освітленість робить їх ідеальною «стандартною свічкою» - об'єктом, який можна використовувати для вимірювання астрономічних відстаней (NASA / ESA.)

Використовуючи комп'ютерні симуляції, виконані на кількох суперкомп'ютерах, включаючи Aterui Національної астрономічної обсерваторії Японії, Hokusai з RIKEN, і Cray xc40 з Інституту теоретичної фізики Юкава, група зосередилася на так званій моделі "фотосферної емісії". провідні моделі механізму викидів ГРБ.

Ця модель постулює, що фотони, видимі на землі, викидаються з фотосфери релятивістського струменя. По мірі розширення струменя фотонам стає простіше втекти зсередини, оскільки існує менше об'єктів, які можуть розсіяти світло. Таким чином, "критична щільність" - місце, де стає можливим уникнення фотонів - рухається вниз через струмінь, до матеріалу, який спочатку був більш високої і більш високої щільності.

Щоб перевірити обгрунтованість моделі, команда взяла на себе випробування таким чином, щоб врахувати глобальну динаміку релятивістських струменів та перенесення випромінювання. Використовуючи поєднання тривимірних релятивістських гідродинамічних моделювань та розрахунків переносу радіації для оцінки фотосферних викидів від релятивістського струменя, що вибивається з масивної зіркової оболонки, вони змогли визначити, що принаймні у випадку довгих ГРБ - тип, пов'язаний з таким обвалилися масивні зірки - модель спрацювала.

Порівняння результатів Іто із спостережуваним відношенням Йонетоку (Іто)

Їх моделювання також показало, що відношення Йонетоку може бути відтворене як природний наслідок реактивних зіркових взаємодій.

Хіротака Іто з кластеру піонерських досліджень, каже; "Це настійно говорить про те, що фотосферна емісія є механізмом викидів ГРБ".

Він продовжує: "Поки ми з'ясували походження фотонів, досі існують загадки щодо того, як самі релятивістські струмені породжуються зірваються зірками.

"Наші розрахунки повинні дати цінну інформацію для вивчення основного механізму, що стоїть за поколінням цих надзвичайно потужних подій".

Джерела

Оригінальне дослідження: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-09281-z

Опубліковано також у ЗМІ Scisco