Foton dari letupan sinar gamma tepat

Letupan sinar gamma adalah beberapa peristiwa yang paling bertenaga di seluruh Alam Semesta, namun hingga kini, mekanisme aliran keluar ini tetap menjadi misteri.

kesan artis mengenai jet relativistik yang mematahkan bintang besar kita. Panel jarak dekat menunjukkan bagaimana pengembangan jet pecah sinar gamma membolehkan sinar gamma (diwakili oleh titik putih) melarikan diri. Titik biru dan kuning masing-masing mewakili proton dan elektron dalam jet. (NAOJ)

Para saintis dari RIKEN Cluster for Pioneering Research dan kolaborator telah menggunakan simulasi untuk menunjukkan bahawa foton yang dipancarkan oleh pecah sinar gamma panjang - salah satu peristiwa paling bertenaga yang berlaku di alam semesta - berasal dari fotosfera - bahagian yang dapat dilihat dari " jet relativistik ”yang dipancarkan oleh bintang yang meletup.

Ilustrasi yang menunjukkan jenis pecah sinar gamma yang paling biasa dianggap berlaku ketika bintang besar runtuh, membentuk lubang hitam, dan meletupkan jet zarah ke luar pada hampir kelajuan cahaya. (NASA / GSFC)

Letupan sinar gamma adalah fenomena elektromagnetik yang paling kuat yang diperhatikan di alam semesta, melepaskan tenaga sebanyak dalam beberapa saat sehingga matahari akan terbebas sepanjang hidupnya. Walaupun mereka ditemui pada tahun 1967, mekanisme di sebalik pembebasan tenaga yang sangat besar ini tetap misteri. Beberapa dekad kajian akhirnya menunjukkan bahawa letupan panjang - salah satu jenis letupan - berasal dari jet bahan relativistik yang dikeluarkan semasa kematian bintang besar. Namun, bagaimana sinar-sinar gamma dihasilkan dari jet masih tersembunyi dalam misteri hari ini.

Penyelidikan terkini, yang diterbitkan dalam Nature Communications, bermula dari penemuan yang disebut hubungan Yonetoku - hubungan antara tenaga puncak spektrum dan cahaya puncak GRB adalah korelasi paling ketat yang terdapat sejauh ini dengan sifat pelepasan GRB - yang dibuat oleh salah seorang pengarangnya . Oleh itu, ini memberikan diagnostik terbaik setakat ini untuk menerangkan mekanisme pelepasan, dan ujian paling ketat untuk sebarang model pecah sinar gamma.

Secara kebetulan, hubungan itu juga bermaksud bahawa ledakan sinar gamma panjang dapat digunakan sebagai "lilin standar" untuk mengukur jarak, memungkinkan kita mengintip lebih jauh ke masa lalu daripada supernova tipe 1A - yang biasa digunakan, walaupun jauh lebih redup daripada semburan. Ini memungkinkan untuk memperoleh gambaran mengenai sejarah alam semesta dan misteri seperti bahan gelap dan tenaga gelap.

Sejenak, supernova jenis 1a menyinari seluruh galaksi. Luminositi ini menjadikannya 'lilin standard' yang sempurna - objek yang boleh digunakan untuk mengukur jarak astronomi (NASA / ESA.)

Dengan menggunakan simulasi komputer yang dilakukan pada beberapa superkomputer, termasuk Aterui dari National Astronomical Observatory of Japan, Hokusai of RIKEN, dan Cray xc40 dari Yukawa Institute for Theoretical Physics, kumpulan ini memfokuskan pada apa yang disebut sebagai model "pelepasan fotosferik" - salah satu model terkemuka untuk mekanisme pelepasan GRB.

Model ini mendalilkan bahawa foton yang kelihatan di bumi dipancarkan dari fotosfera jet relativistik. Apabila jet mengembang, foton menjadi lebih mudah untuk melarikan diri dari dalamnya, kerana terdapat lebih sedikit objek yang tersedia untuk menyebarkan cahaya. Oleh itu, "ketumpatan kritikal" - tempat di mana foton dapat melarikan diri - bergerak ke bawah melalui jet, ke bahan yang pada mulanya berada pada kepadatan yang lebih tinggi dan lebih tinggi.

Untuk menguji kesahan model, pasukan berangkat untuk mengujinya dengan mempertimbangkan dinamika jet relativistik global dan pemindahan radiasi. Dengan menggunakan gabungan simulasi hidrodinamik relativistik tiga dimensi dan pengiraan pemindahan sinaran untuk menilai pelepasan fotosferik dari jet relativistik yang keluar dari sampul bintang besar, mereka dapat menentukan bahawa sekurang-kurangnya dalam hal GRB panjang - jenis yang berkaitan dengan runtuh bintang besar - model itu berfungsi.

Perbandingan hasil Ito dengan hubungan Yonetoku yang diperhatikan (Ito)

Simulasi mereka juga mendedahkan bahawa hubungan Yonetoku dapat dihasilkan semula sebagai akibat semula jadi dari interaksi jet-bintang.

Hirotaka Ito dari Cluster for Pioneering Research, mengatakan; "Ini menunjukkan bahawa pelepasan fotosfera adalah mekanisme pelepasan GRB."

Dia melanjutkan: "Walaupun kami telah menjelaskan asal foton, masih ada misteri mengenai bagaimana jet relativistik itu sendiri dihasilkan oleh bintang-bintang yang runtuh.

"Pengiraan kami harus memberikan pandangan berharga untuk melihat mekanisme asas di sebalik penjanaan peristiwa yang sangat hebat ini."

Sumber

Penyelidikan asal: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-09281-z

Juga diterbitkan di media Scisco