Gamma-säteilypurskeista peräisin olevat fotonit osoitettiin

Gammasäteilypurskaukset ovat eräitä energian tapahtumista koko maailmankaikkeudessa, mutta tähän mennessä näiden ulosvirtausten mekanismi on pysynyt salaisuutena.

taiteilijan vaikutelma relativistisesta suihkusta rikkoen massiivisen tähden. Lähikuvapaneeli näyttää kuinka gammasäteen purskesuihkun laajeneminen mahdollistaa gammasäteiden (joita edustavat valkoiset pisteet) poistumisen. Siniset ja keltaiset pisteet edustavat protonia ja elektronia suihkun sisällä, vastaavasti (NAOJ).

RIKEN-tutkimuksen pioneeritutkimuksen klusterin tutkijat ja yhteistyökumppanit ovat käyttäneet simulaatioita osoittaakseen, että pitkien gammasäteilypurskeiden lähettämät fotonit - yksi maailmankaikkeuden energisimmista tapahtumista - ovat peräisin valokeilasta - näkyvän osan “ relativistinen suihku ”, jonka räjähtävät tähdet lähettävät.

Kuva, joka osoittaa yleisimmän gammasätepurskeen tyypin, jonka ajatellaan tapahtuvan, kun massiivinen tähti romahtaa, muodostaa mustan aukon ja räjäyttää hiukkassuihkut ulospäin lähes valon nopeudella. (NASA / GSFC)

Gammasäteilypurskaukset ovat maailmankaikkeuden tehokkaimpia sähkömagneettisia ilmiöitä, jotka vapauttavat niin paljon energiaa vain sekunnissa kuin aurinko vapauttaa koko elinaikanaan. Vaikka ne löydettiin vuonna 1967, mekanismi tämän valtavan energian vapautumisen takana oli pitkään salaperäinen. Vuosikymmenien mittainen tutkimus paljasti lopulta, että pitkät purskeet - yksi pursketyypeistä - ovat peräisin massiivisten tähtien kuoleman aikana karkaistun aineen relativistisista suihkeista. Täsmälleen kuinka gammasäteet tuotetaan suihkukoneista, on kuitenkin mysteeri peitetty tänään.

Nykyinen Nature Communications -julkaisussa julkaistu tutkimus sai alkunsa löytöstä, jota kutsuttiin Yonetoku-suhteeksi - GRB: n spektrin huipun energian ja piikin valoisuuden välinen suhde on tähän mennessä tiukin korrelaatio GRB-päästöjen ominaisuuksista - yhden kirjoittajan tekemä. . Siksi se tarjoaa toistaiseksi parhaan diagnoosin emissiomekanismin selittämiseksi ja tiukimman testin kaikille gammasäteilypurskeille.

Muuten, suhde tarkoitti myös sitä, että pitkiä gammasäteilypurskeita voitiin käyttää ”vakiona kynttilänä” etäisyyden mittaamiseen, mikä antoi meille mahdollisuuden kurkistaa kauemmas menneisyyteen kuin tyypin 1A supernovat - yleisesti käytetty, vaikkakin ne ovat paljon himmeämpiä kuin purskeet. Tämä mahdollistaisi käsityksen sekä maailmankaikkeuden historiasta että mysteereistä, kuten tumma aine ja tumma energia.

Tyypin 1a supernova ohittaa hetkeksi koko galaksin. Tämä kirkkaus tekee niistä täydellisen 'vakion kynttilän' - esineen, jota voidaan käyttää tähtitieteellisten etäisyyksien mittaamiseen (NASA / ESA.)

Ryhmä keskittyi useisiin supertietokoneisiin, mukaan lukien Japanin kansallisen tähtitieteellisen observatorion Aterui, RIKENin Hokusai ja Yukawan teoreettisen fysiikan instituutin Cray xc40, suoritettuihin simulaatioihin, niin sanottuun ”valokeilan säteilymalliin” - yhdeksi johtavia malleja GRB-päästöjen mekanismille.

Tämä malli olettaa, että maan päällä näkyvät fotonit säteilevät relativistisen suihkun valokehästä. Suihkun laajentuessa fotonien on helpompaa paeta sen sisäpuolelta, koska valoa voidaan hajottaa vähemmän kohteita. Siten ”kriittinen tiheys” - paikka, josta fotonien on mahdollista paeta - liikkuu alaspäin suihkun läpi materiaaliin, joka oli alun perin korkeammalla ja suuremmalla tiheydellä.

Testaamaan mallin paikkansapitävyyttä, ryhmä päätti testata sitä tavalla, joka otti huomioon relativististen suihkukoneiden ja säteilyn siirron globaalin dynamiikan. Käyttämällä kolmiulotteisten relativististen hydrodynaamisten simulaatioiden ja säteilynsiirtolaskelmien yhdistelmää arvioimaan valtavista päästöistä relativistisesta suihkusta, joka puhkesi massiivisesta tähtikuoresta, he pystyivät määrittämään, että ainakin pitkien GRB-levyjen tapauksessa - tällaiseen tyyppiin liittyvä tyyppi romahtavat massiiviset tähdet - malli toimi.

Ito-tulosten vertailu havaittuun Yonetoku-suhteeseen (Ito)

Niiden simulaatiot paljastivat myös, että Yonetoku-suhde voitiin toistaa luonnollisena seurauksena suihkun ja tähtien välisestä vuorovaikutuksesta.

Hirotaka Ito uraauurtavan tutkimuksen klusterista sanoo; "Tämä viittaa voimakkaasti siihen, että valokeilan päästö on GRB-päästöjen mekanismi."

Hän jatkaa: ”Vaikka olemme selvittäneet fotonien alkuperän, on edelleen mysteerejä siitä, kuinka relativistiset suihkut itse tuottavat romahtavat tähdet.

"Laskelmiemme pitäisi tarjota arvokkaita näkemyksiä näiden valtavan voimakkaiden tapahtumien sukupolven perustana olevasta mekanismista."

Lähteet

Alkuperäinen tutkimus: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-09281-z

Julkaistaan ​​myös Scisco mediassa