Определены фотоны от гамма-всплесков

Гамма-всплески являются одними из самых энергичных событий во всей Вселенной, но до сих пор механизм этих потоков оставался загадкой.

впечатление художника о релятивистской струе, разбивающей нашу массивную звезду. Крупный план показывает, как расширение струи гамма-излучения позволяет выходить гамма-лучам (представленным белыми точками). Синие и желтые точки представляют протон и электроны в струе, соответственно (NAOJ).

Ученые из RIKEN Cluster for Pioneering Research и сотрудники использовали моделирование, чтобы показать, что фотоны, испускаемые длинными гамма-всплесками - одно из самых энергичных событий, происходящих во вселенной - происходят из фотосферы - видимой части « релятивистская струя », испускаемая взрывающимися звездами.

Иллюстрация, показывающая наиболее распространенный тип гамма-всплеска, который, как полагают, происходит, когда массивная звезда коллапсирует, образует черную дыру и выбрасывает струи частиц наружу почти со скоростью света. (НАСА / ГЦКП)

Гамма-всплески - самое мощное электромагнитное явление, наблюдаемое во вселенной, высвобождающее столько энергии за секунду или около того, сколько солнце будет излучать в течение всей своей жизни. Хотя они были обнаружены в 1967 году, механизм этого огромного выброса энергии долгое время оставался загадочным. Десятилетия исследований наконец показали, что длинные всплески - один из видов всплесков - происходят из релятивистских струй вещества, выброшенных во время смерти массивных звезд. Однако, как именно гамма-лучи производятся из струй, до сих пор скрыто в тайне.

Текущее исследование, опубликованное в Nature Communications, началось с открытия, названного отношением Йонетоку - связь между энергией спектрального пика и световой яркостью гамма-всплесков является самой тесной корреляцией, обнаруженной до сих пор в свойствах излучения гамма-всплесков - сделанной одним из его авторов. , Таким образом, он обеспечивает лучшую диагностику для объяснения механизма излучения и самый строгий тест для любой модели гамма-всплесков.

Между прочим, эта связь также означала, что длинные гамма-всплески можно использовать в качестве «стандартной свечи» для измерения расстояния, что позволяет нам смотреть дальше в прошлое, чем сверхновые типа 1А, которые обычно используются, несмотря на то, что они намного тусклее, чем вспышки. Это позволило бы понять как историю вселенной, так и загадки, такие как темная материя и темная энергия.

На мгновение сверхновая типа 1а затмевает всю галактику. Эта светимость делает их идеальной «стандартной свечой» - объектом, который можно использовать для измерения астрономических расстояний (НАСА / ЕКА).

Используя компьютерное моделирование, выполненное на нескольких суперкомпьютерах, включая Aterui Национальной астрономической обсерватории Японии, Хокусая из RIKEN и Cray xc40 из Института теоретической физики Юкавы, группа сосредоточилась на так называемой модели «фотосферного излучения» - одной из ведущие модели для механизма излучения GRBs.

Эта модель постулирует, что видимые на Земле фотоны испускаются из фотосферы релятивистской струи. По мере расширения струи фотонам становится легче выходить изнутри, поскольку для рассеивания света доступно меньше объектов. Таким образом, «критическая плотность» - место, где становится возможным выход фотонов - движется вниз через струю, к материалу, который первоначально имел более высокую и более высокую плотность.

Чтобы проверить достоверность модели, команда решила проверить ее таким образом, чтобы она учитывала глобальную динамику релятивистских струй и переноса излучения. Используя комбинацию трехмерного релятивистского гидродинамического моделирования и расчетов переноса излучения для оценки фотосферных излучений релятивистской струи, вырывающейся из массивной звездной оболочки, они смогли определить, что, по крайней мере, в случае длинных гамма-всплесков - типа, связанного с такими коллапсируют массивные звезды - модель сработала.

Сравнение результатов Ито с наблюдаемым соотношением Йонетоку (Ито)

Их моделирование также показало, что соотношение Йонетоку может быть воспроизведено как естественное следствие джет-звездных взаимодействий.

Говорит Хиротака Ито из кластера новаторских исследований; «Это убедительно свидетельствует о том, что фотосферная эмиссия является механизмом эмиссии GRB».

Он продолжает: «Хотя мы выяснили происхождение фотонов, все еще существуют загадки относительно того, как сами релятивистские джеты генерируются коллапсирующими звездами.

«Наши расчеты должны дать ценную информацию для изучения фундаментального механизма генерации этих чрезвычайно мощных событий».

источники

Оригинальное исследование: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-09281-z

Также опубликовано в СМИ Scisco