Fotons de ràfegues de raigs gamma van assenyalar

Els esclats dels raigs gamma són alguns dels esdeveniments més energètics de tot l'Univers, però fins ara, el mecanisme per a aquestes sortides ha estat una mica de misteri.

la impressió de l'artista d'un jet relativista que trenca la nostra estrella massiva. El panell de primer pla mostra com l’expansió del raig de ràfega gamma permet que els raigs gamma (representats per punts blancs) puguin escapar. Els punts blaus i grocs representen el protó i els electrons dins del raig, respectivament. (NAOJ).

Científics del Clúster RIKEN per a Pioneering Research i col·laboradors han utilitzat simulacions per demostrar que els fotons emesos per ràfegues de raigs gamma llargs –un dels esdeveniments més energètics que tenen lloc a l’univers– tenen l’origen en la fotosfera - la part visible de “ raig relativista ”que s’emet per explosió d’estrelles.

Una il·lustració que mostra el tipus més freqüent d’esclat de raigs gamma pensat per ocórrer quan una estrella massiva s’esfondra, forma un forat negre i esclata els dolls de partícules cap a fora gairebé a la velocitat de la llum. (NASA / GSFC)

Les ràfegues dels raigs gamma són el fenomen electromagnètic més potent observat a l’univers, alliberant tanta energia en només un segon o menys que el sol s’alliberarà durant tota la seva vida. Tot i que es van descobrir el 1967, el mecanisme que hi ha després d'aquesta enorme liberació d'energia va romandre misteriós. Dècades d’estudis van revelar finalment que les ràfegues llargues –un dels tipus de ràfegues– provenen de dolls de matèria relativista expulsats durant la mort d’estrelles massives. Tanmateix, actualment, exactament com es produeixen els raigs gamma a partir dels dolls, misteri.

La investigació actual, publicada a Nature Communications, va partir d’un descobriment anomenat relació Yonetoku —la relació entre l’energia del pic espectral i la lluminositat màxima dels GRBs és la correlació més estreta que s’ha trobat fins ara en les propietats de l’emissió de GRB - realitzada per un dels seus autors. . Per tant, proporciona el millor diagnòstic fins ara per explicar el mecanisme d’emissió i la prova més estricta per a qualsevol model de ràfegues.

Per cert, la relació també va significar que les ràfegues llargues de raigs gamma es podrien utilitzar com a "espelma estàndard" per mesurar la distància, permetent-nos observar més en el passat que les supernoves de tipus 1A, que s'utilitzen habitualment, tot i ser molt més escasses que les ràfegues. Això permetria obtenir coneixements tant sobre la història de l’univers com sobre misteris com la matèria fosca i l’energia fosca.

Per només un moment, la supernova tipus 1a deixa fora de tot una galàxia. Aquesta lluminositat els converteix en una

Utilitzant simulacions informàtiques realitzades en diversos supercomputadors, inclòs Aterui de l’Observatori Astronòmic Nacional del Japó, Hokusai de RIKEN i Cray xc40 de l’Institut Yukawa de Física Teòrica, el grup es va centrar en l’anomenat model d’emissió fotosfèrica. models líders del mecanisme d’emissió de GRBs.

Aquest model postula que els fotons visibles a la terra són emesos des de la fotosfera del raig relativista. A mesura que el raig s’expandeix, es fa més fàcil que els fotons s’escapen de dins, ja que hi ha menys objectes disponibles per escampar la llum. Així, la "densitat crítica" - el lloc on és possible que els fotons puguin escapar - es desplaça cap avall a través del raig, cap a material originalment a densitats més altes.

Per provar la validesa del model, l'equip es va proposar provar-lo d'una manera que tingués en compte la dinàmica global dels dolls relativistes i la transferència de radiació. Utilitzant una combinació de simulacions hidrodinàmiques relativistes tridimensionals i càlculs de transferència de radiació per avaluar les emissions fotosfèriques d’un raig relativista que es desprenen d’embolcall massiu d’estrelles, van poder determinar que almenys en el cas de GRBs llargs - el tipus associat a tal. caure estrelles massives: el model funcionava.

La comparació dels resultats de Ito amb la relació de Yonetoku observada (Ito)

Les seves simulacions també van revelar que la relació Yonetoku es podia reproduir com a conseqüència natural de les interaccions jet-estel·lars.

Ho diu Hirotaka Ito del clúster per a la investigació pionera; "Això suggereix fortament que l'emissió fotosfèrica és el mecanisme d'emissió de GRBs."

Ell continua: "Si bé hem dilucidat l'origen dels fotons, encara hi ha misteris sobre com es generen els dolls relativistes per les estrelles que es col·lapsen.

"Els nostres càlculs han de proporcionar informació valuosa per examinar el mecanisme fonamental de la generació d'aquests esdeveniments tremendament poderosos".

Fonts

Investigació original: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-09281-z

També es publica en mitjans Scisco