Gammakiirguspuhangute footonid on täpselt välja toodud

Gammakiirguse purunemised on ühed energilisemad sündmused kogu universumis, kuid siiani on nende väljavoolude mehhanism jäänud saladuseks.

kunstniku ettekujutus relativistlikust reaktiivlennukist, mis murdis meie massilise tähe. Lähivõttepaneel näitab, kuidas gammakiirguse purskejoa laienemine võimaldab gammakiirguse (mida tähistavad valged punktid) pääseda. Sinised ja kollased punktid tähistavad vastavalt reaktiivi prootoni ja elektrone (NAOJ).

RIKENi teerajaja uurimistööde klastri teadlased ja kaastöötajad on simulatsioonide abil näidanud, et pikkade gammakiirguse purunemiste - ühe universumis kõige energilisema sündmuse toimuva - eraldunud footonid pärinevad fotosfäärist - nähtavat osa “ relativistlik reaktiivlennuk ”, mida eraldavad plahvatavad tähed.

Illustratsioon, mis näitab kõige tavalisemat tüüpi gammakiirguse purunemist, mis arvatakse tekkivat, kui massiivne täht variseb kokku, moodustab musta augu ja lõhkeb osakeste joad välja peaaegu valguse kiirusel. (NASA / GSFC)

Gammakiirguspursked on kõige võimsam universumis täheldatud elektromagnetiline nähtus, mis vabastab sekundiga umbes nii palju energiat, kui päike kogu eluea jooksul eraldub. Ehkki need avastati 1967. aastal, jäi selle tohutu energia vabanemise mehhanism kaua salapäraseks. Aastakümnete pikkused uuringud näitasid lõpuks, et pikad purunemised - üks pursetüüpidest - pärinevad massiivsete tähtede surma ajal väljunud relativistlikest mateeriajugadest. Täpselt see, kuidas düüsidest gammakiiri toodetakse, on tänapäeval siiski salapärane.

Käesolev ajakirjas Nature Communications avaldatud uurimistöö algas avastusest, mida nimetatakse Yonetoku seoseks - GRB spektraalse energia ja tipptugevuse heleduse suhe on GRB emissiooni omadustest seni leitud kõige tihedam korrelatsioon, mille on teinud üks selle autoritest . Seega pakub see parimat diagnostikat emissioonimehhanismi selgitamiseks ja rangeimat testi gammakiirguspurske mis tahes mudeli jaoks.

Muide, see suhe tähendas ka seda, et pikki gammakiirguspurskeid võidi kasutada „standardküünlana“ kauguse mõõtmiseks, võimaldades meil kaugemale minevikku jõuda kui 1A tüüpi supernoovad - mida tavaliselt kasutatakse, hoolimata sellest, et need on pursketest palju hämaramad. See võimaldaks saada teadmisi nii universumi ajaloost kui ka sellistest müsteeriumidest nagu tumeaine ja tume energia.

Ainult hetkeks varjab 1.a tüüpi supernoova kogu galaktikat. See heledus teeb neist täiusliku “tavalise küünla” - eseme, mida saab kasutada astronoomiliste vahemaade mõõtmiseks (NASA / ESA.)

Kasutades arvutisimulatsioone, mis viidi läbi mitmete superarvutitega, sealhulgas Jaapani Riikliku Astronoomilise Vaatluskeskuse Aterui, RIKENi Hokusai ja Yukawa Teoreetilise Füüsika Instituudi Cray xc40 abil, keskendus rühm niinimetatud „fotosfääri emissiooni“ mudelile - ühele neist GRBde emissioonimehhanismi juhtivad mudelid.

See mudel postuleerib, et maa peal nähtavad footonid eralduvad relativistliku joa fotosfäärist. Joa laienedes on footonitel lihtsam sellest välja pääseda, kuna valguse hajutamiseks on vähem objekte. Seega liigub “kriitiline tihedus” - koht, kus footonitel on võimalik põgeneda - joa kaudu allapoole, kuni materjalini, mis oli algselt suurema ja suurema tihedusega.

Mudeli paikapidavuse kontrollimiseks otsustas meeskond seda testida viisil, mis võtaks arvesse relativistlike reaktiivlennukite ja radiatsiooniülekande globaalset dünaamikat. Kasutades kolmemõõtmeliste relativistlike hüdrodünaamiliste simulatsioonide ja kiirgussiirde arvutuste kombinatsiooni, et hinnata massiivsest täheümbrisest välja murduva relativistliku joa fotosfääriheidet, suutsid nad kindlaks teha, et vähemalt pikkade GRBde korral - sellisega seotud tüüp kokku varisevad suured tähed - modell töötas.

Ito tulemuste võrdlus Yonetoku vaadeldud seosega (Ito)

Nende simulatsioonid näitasid ka, et Yonetoku suhet saab reprodutseerida reaktiivlennuki ja tähe vahelise interaktsiooni loomuliku tagajärjena.

Hirotaka Ito teedrajavate teadusuuringute klastrist ütleb; "See viitab kindlalt sellele, et fotosfääri emissioon on GRBde emissioonimehhanism."

Ta jätkab: „Kuigi oleme footonite päritolu välja selgitanud, on endiselt saladusi, kuidas relativistlikud joad ise kokku varisevad tähed tekitavad.

"Meie arvutused peaksid andma väärtuslikku teavet nende tohutult võimsate sündmuste genereerimise põhimehhanismi uurimiseks."

Allikad

Algne uurimistöö: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-09281-z

Avaldatud ka Scisco meedias