โฟตอนจากการปะทุของรังสีแกมม่า

การปะทุของรังสีแกมม่าเป็นเหตุการณ์ที่มีพลังมากที่สุดในจักรวาล แต่จนถึงขณะนี้กลไกการไหลออกเหล่านี้ยังคงเป็นปริศนา

ความประทับใจของศิลปินเกี่ยวกับเจ็ทที่เกี่ยวพันกันทำให้เรากลายเป็นดาวมวลสูง พาเนลระยะใกล้แสดงให้เห็นว่าการขยายตัวของเจ็ตระเบิดรังสีแกมม่าทำให้รังสีแกมม่า (แสดงด้วยจุดสีขาว) หนีได้อย่างไร จุดสีน้ำเงินและสีเหลืองแสดงถึงโปรตอนและอิเล็กตรอนภายในเจ็ทตามลำดับ (NAOJ)

นักวิทยาศาสตร์จาก RIKEN Cluster for Pioneering Research และผู้ร่วมมือได้ใช้แบบจำลองเพื่อแสดงให้เห็นว่าโฟตอนที่ปล่อยออกมาจากการระเบิดของรังสีแกมม่าที่ยาวนานซึ่งเป็นหนึ่งในเหตุการณ์ที่มีพลังมากที่สุดที่เกิดขึ้นในจักรวาล - กำเนิดมาจากโฟโตสเฟียร์ เจ็ทสัมพันธ์ "ที่ถูกปล่อยออกมาโดยการระเบิดของดาว

ภาพประกอบที่แสดงการระเบิดของรังสีแกมม่าที่พบมากที่สุดที่คิดว่าจะเกิดขึ้นเมื่อดาวมวลสูงยุบก่อตัวเป็นหลุมดำและระเบิดไอพ่นของอนุภาคพุ่งออกมาเกือบที่ความเร็วแสง (นาซา / GSFC)

การปะทุของรังสีแกมม่าเป็นปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทรงพลังที่สุดที่สังเกตได้ในเอกภพโดยปล่อยพลังงานได้มากในเวลาเพียงเสี้ยววินาทีเช่นเดียวกับที่ดวงอาทิตย์จะปลดปล่อยออกมาตลอดชีวิต แม้ว่าพวกมันจะถูกค้นพบในปี 1967 แต่กลไกที่อยู่เบื้องหลังการปลดปล่อยพลังงานขนาดใหญ่นี้ยังคงลึกลับอยู่ ในที่สุดหลายทศวรรษของการศึกษาพบว่าการระเบิดยาว - หนึ่งในประเภทของการระเบิด - มาจากเจ็ตส์ที่สัมพันธ์กันของสสารที่ถูกปล่อยออกมาในระหว่างการตายของดาวมวลสูง อย่างไรก็ตามการผลิตรังสีแกมม่าจากไอพ่นยังคงถูกปกคลุมไปด้วยความลึกลับในปัจจุบัน

งานวิจัยปัจจุบันที่ตีพิมพ์ใน Nature Communications เริ่มต้นจากการค้นพบที่เรียกว่าความสัมพันธ์ Yonetoku ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานสูงสุดของสเปกตรัมและความส่องสว่างสูงสุดของ GRBs เป็นความสัมพันธ์ที่แน่นที่สุดที่พบในคุณสมบัติของการปล่อย GRB - โดยหนึ่งในผู้เขียน . มันให้การวินิจฉัยที่ดีที่สุดจนถึงการอธิบายกลไกการปล่อยและการทดสอบที่เข้มงวดที่สุดสำหรับการระเบิดของรังสีแกมม่าทุกรูปแบบ

ความสัมพันธ์ก็หมายความว่าการปะทุรังสีแกมม่าแบบยาวสามารถใช้เป็น "เทียนมาตรฐาน" สำหรับการวัดระยะทางทำให้เราสามารถตรวจสอบในอดีตได้มากกว่าซุปเปอร์โนวาประเภท 1A ที่ใช้กันโดยทั่วไปแม้จะมีความพร่ามัวกว่าระเบิดมาก สิ่งนี้จะทำให้เป็นไปได้ที่จะได้รับข้อมูลเชิงลึกทั้งในประวัติศาสตร์ของจักรวาลและสู่ความลึกลับเช่นสสารมืดและพลังงานมืด

เพียงชั่วครู่หนึ่งซูเปอร์โนวาประเภท 1a จึงเปล่งประกายกาแลคซีทั้งหมด ความส่องสว่างนี้ทำให้พวกเขาเป็น 'เทียนมาตรฐาน' ที่สมบูรณ์แบบ - วัตถุที่สามารถใช้วัดระยะทางดาราศาสตร์ (NASA / ESA)

การใช้คอมพิวเตอร์จำลองในซูเปอร์คอมพิวเตอร์หลายแห่งรวมถึง Aterui จากหอดูดาวดาราศาสตร์แห่งชาติของญี่ปุ่น Hokusai จาก RIKEN และ Cray xc40 ของสถาบันฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Yukawa กลุ่มมุ่งเน้นไปที่แบบจำลอง“ โฟโตสเฟียร์” แบบจำลองชั้นนำสำหรับกลไกการปล่อยก๊าซของ GRB

แบบจำลองนี้ตั้งสมมติฐานว่าโฟตอนที่มองเห็นบนโลกนั้นถูกปล่อยออกมาจากโฟโตสเฟียร์ของเจ็ทที่สัมพันธ์กัน เมื่อเจ็ตขยายออกไปมันจะง่ายขึ้นสำหรับโฟตอนที่จะหลบหนีจากภายในเนื่องจากมีวัตถุน้อยกว่าที่จะกระจายแสง ดังนั้น "ความหนาแน่นวิกฤต" - สถานที่ซึ่งโฟตอนจะหนีรอดได้ - เคลื่อนลงด้านล่างผ่านเจ็ตไปยังวัสดุที่มีความหนาแน่นสูงและสูงกว่าเดิม

เพื่อทดสอบความถูกต้องของแบบจำลองทีมได้ทำการทดสอบในลักษณะที่คำนึงถึงพลวัตของไอพ่นสัมพัทธภาพและการถ่ายโอนรังสีทั่วโลก ด้วยการใช้การรวมกันของการจำลองอุทกพลศาสตร์เชิงอุทกวิทยาสามมิติและการคำนวณการถ่ายโอนรังสีเพื่อประเมินการปล่อยโฟโตสเฟียร์จากเจ็ทสัมพัทธภาพที่แยกออกจากซองดาวขนาดใหญ่พวกเขาสามารถระบุได้ว่าอย่างน้อยในกรณีของ GRBs การยุบดาวขนาดใหญ่ - แบบจำลองนี้ใช้งานได้

การเปรียบเทียบผลลัพธ์ของ Ito กับความสัมพันธ์ Yonetoku ที่สังเกต (Ito)

การจำลองของพวกเขายังเผยให้เห็นว่าความสัมพันธ์ของโยเนะโตคุสามารถทำซ้ำได้ซึ่งเป็นผลมาจากการปฏิสัมพันธ์ระหว่างเจ็ตกับดาวฤกษ์

Hirotaka Ito จาก Cluster for Pioneering Research กล่าวว่า “ สิ่งนี้ชี้ให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการปล่อยโฟโตสเฟียร์เป็นกลไกการปล่อยก๊าซของ GRBs”

เขากล่าวต่อ:“ ในขณะที่เราอธิบายกำเนิดของโฟตอนยังมีความลึกลับเกี่ยวกับวิธีการสร้างความสัมพันธ์กับไอพ่นเจ็ตที่เกิดจากการยุบตัวของดาว

“ การคำนวณของเราควรให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีค่าสำหรับการมองหากลไกพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังการสร้างเหตุการณ์ที่ทรงพลังมหาศาลเหล่านี้”

แหล่งที่มา

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

ตีพิมพ์ในสื่อของ Scisco ด้วย