Photon từ vụ nổ tia gamma được xác định chính xác

Vụ nổ tia gamma là một trong những sự kiện mạnh mẽ nhất trong toàn vũ trụ, nhưng cho đến nay, cơ chế cho những dòng chảy này vẫn còn là một điều bí ẩn.

ấn tượng của nghệ sĩ về máy bay phản lực tương đối phá vỡ một ngôi sao lớn của chúng ta. Bảng điều khiển cận cảnh cho thấy sự mở rộng của tia phản lực tia gamma cho phép tia gamma (được biểu thị bằng các chấm trắng) thoát ra như thế nào. Các chấm màu xanh và màu vàng tương ứng là proton và electron trong máy bay phản lực. (NAOJ).

Các nhà khoa học thuộc Cụm nghiên cứu tiên phong và cộng tác viên RIKEN đã sử dụng mô phỏng để chỉ ra rằng các photon phát ra từ vụ nổ tia gamma dài - một trong những sự kiện năng lượng nhất diễn ra trong vũ trụ - bắt nguồn từ trong quang quyển - phần có thể nhìn thấy được của bức tranh Máy bay phản lực tương đối tính được phát ra bởi các ngôi sao nổ tung.

Một hình minh họa cho thấy loại vụ nổ tia gamma phổ biến nhất được cho là xảy ra khi một ngôi sao lớn sụp đổ, tạo thành một lỗ đen và thổi các hạt bụi ra ngoài với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. (NASA / GSFC)

Vụ nổ tia gamma là hiện tượng điện từ mạnh nhất được quan sát thấy trong vũ trụ, giải phóng càng nhiều năng lượng chỉ trong một giây hoặc khi mặt trời sẽ giải phóng trong toàn bộ vòng đời của nó. Mặc dù chúng được phát hiện vào năm 1967, cơ chế giải phóng năng lượng khổng lồ này từ lâu vẫn còn bí ẩn. Nhiều thập kỷ nghiên cứu cuối cùng đã tiết lộ rằng các vụ nổ dài - một trong những loại vụ nổ - bắt nguồn từ các tia nước tương đối tính của vật chất bị đẩy ra trong cái chết của các ngôi sao lớn. Tuy nhiên, chính xác làm thế nào các tia gamma được tạo ra từ các máy bay phản lực vẫn còn được che giấu trong bí ẩn ngày nay.

Nghiên cứu hiện tại, được công bố trên tạp chí Nature Communications, bắt đầu từ một khám phá gọi là mối quan hệ Yonetoku Mối quan hệ giữa năng lượng cực đại và độ chói cực đại của GRB là mối tương quan chặt chẽ nhất được tìm thấy từ trước đến nay trong các tính chất của phát xạ GRB - được thực hiện bởi một trong các tác giả của nó. . Do đó, nó cung cấp chẩn đoán tốt nhất cho đến nay để giải thích cơ chế phát xạ và thử nghiệm nghiêm ngặt nhất đối với bất kỳ mô hình vụ nổ tia gamma nào.

Ngẫu nhiên, mối quan hệ cũng có nghĩa là các vụ nổ tia gamma dài có thể được sử dụng như một ngọn nến tiêu chuẩn, để đo khoảng cách, cho phép chúng ta nhìn xa hơn vào quá khứ so với siêu tân tinh loại 1A - thường được sử dụng, mặc dù mờ hơn nhiều so với vụ nổ. Điều này sẽ làm cho nó có thể có được cái nhìn sâu sắc về cả lịch sử của vũ trụ và vào những bí ẩn như vật chất tối và năng lượng tối.

Chỉ trong chốc lát, siêu tân tinh loại 1a vượt trội hơn cả một thiên hà. Độ sáng này làm cho chúng trở thành một 'ngọn nến tiêu chuẩn' hoàn hảo - một vật thể có thể được sử dụng để đo khoảng cách thiên văn (NASA / ESA.)

Sử dụng mô phỏng máy tính được thực hiện trên một số siêu máy tính, bao gồm Aterui của Đài quan sát thiên văn quốc gia Nhật Bản, Hokusai của RIKEN và Cray xc40 của Viện Vật lý lý thuyết Yukawa, nhóm đã tập trung vào mô hình phát xạ quang ảnh mô hình hàng đầu cho cơ chế phát thải của GRB.

Mô hình này cho rằng các photon nhìn thấy trên trái đất được phát ra từ không gian quang ảnh của máy bay phản lực tương đối tính. Khi máy bay phản lực mở rộng, các photon sẽ dễ dàng thoát ra từ bên trong nó hơn, vì có ít vật thể có sẵn để tán xạ ánh sáng. Do đó, mật độ quan trọng của người Hồi giáo - nơi mà các photon có thể thoát ra - di chuyển xuống dưới qua tia nước, đến vật chất ban đầu có mật độ cao hơn và cao hơn.

Để kiểm tra tính hợp lệ của mô hình, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm nó theo cách có tính đến động lực toàn cầu của các máy bay phản lực tương đối và truyền bức xạ. Bằng cách sử dụng kết hợp các mô phỏng thủy động lực học tương đối ba chiều và tính toán truyền bức xạ để đánh giá phát xạ quang từ một máy bay phản lực tương đối thoát ra khỏi lớp vỏ sao lớn, họ có thể xác định rằng ít nhất là trong trường hợp GRB dài - loại liên quan như vậy sụp đổ các ngôi sao lớn - mô hình làm việc.

So sánh kết quả của Ito với mối quan hệ Yonetoku được quan sát (Ito)

Mô phỏng của họ cũng tiết lộ rằng mối quan hệ Yonetoku có thể được sao chép như là kết quả tự nhiên của các tương tác giữa các tia sao.

Hirotaka Ito thuộc Cụm nghiên cứu tiên phong, cho biết; Điều này cho thấy mạnh mẽ rằng phát xạ quang là cơ chế phát xạ của GRB.

Ông nói tiếp: Trong khi chúng ta đã làm sáng tỏ nguồn gốc của các photon, vẫn còn những bí ẩn liên quan đến việc chính các máy bay phản lực tương đối được tạo ra bởi các ngôi sao sụp đổ.

Tính toán của chúng tôi sẽ cung cấp những hiểu biết có giá trị để xem xét cơ chế cơ bản đằng sau việc tạo ra những sự kiện cực kỳ mạnh mẽ này.

Nguồn

Nghiên cứu ban đầu: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-09281-z

Cũng được xuất bản tại phương tiện truyền thông Scisco