精确定位了来自伽马射线爆发的光子

伽马射线爆发是整个宇宙中最活跃的事件,但是直到现在,这些外流的机制仍然是一个谜。

艺术家对相对论射流的印象打破了我们的一颗巨大恒星。 特写面板显示了伽马射线突发射流的扩展如何使伽马射线(以白点表示)逃逸。 蓝色和黄色的点分别代表了射流中的质子和电子(NAOJ)。

来自RIKEN创业研究集群的科学家和合作者使用模拟显示,长伽马射线爆发(宇宙中发生的最活跃的事件之一)发出的光子起源于光球体,即“爆炸恒星发出的相对论射流”。

该图显示了最常见的伽马射线爆发类型,该事件被认为是在大质量恒星坍塌,形成黑洞并以接近光速的速度向外喷射粒子流时发生的。 (NASA / GSFC)

伽马射线爆发是在宇宙中观察到的最强大的电磁现象,在短短一秒钟内释放出与太阳在其整个生命周期内释放的能量一样多的能量。 尽管它们在1967年被发现,但这种巨大的能量释放背后的机制长期以来仍然是个谜。 数十年的研究终于表明,长爆发是这种类型的爆发之一,起源于大质量恒星死亡期间相对论喷射的物质。 但是,今天,如何精确地从喷头产生伽马射线仍然是一个谜。

目前发表在《自然通讯》上的研究是从一项名为Yonetoku关系的发现开始的-该关系的作者之一发现了GRBs的光谱峰值能量和峰值光度之间的关系,这是迄今为止发现的最紧密的相关性。 。 因此,它为迄今为止的发射机理提供了最好的诊断方法,并且可以对任何模型的伽马射线爆发提供最严格的测试。

顺便说一句,这种关系还意味着可以将长的伽马射线爆发用作测量距离的“标准蜡烛”,这使我们比通常使用的1A型超新星更能窥视过去,尽管比爆发更暗。 这将有可能获得对宇宙历史以及诸如暗物质和暗能量之类的奥秘的洞见。

片刻,1a型超新星的光芒超过了整个星系。 这种亮度使它们成为完美的“标准蜡烛”,可用于测量天文距离(NASA / ESA)。

利用包括日本国家天文台的Aterui,RIKEN的Hokusai和汤河理论物理研究所的Cray xc40等几台超级计算机上进行的计算机模拟,该小组专注于所谓的“光球发射”模型-其中之一是GRB排放机制的领先模型。

该模型假定地球上可见的光子是从相对论射流的光圈中发射出来的。 随着射流的扩展,光子从其内部逸出变得更加容易,因为可用于散射光的对象较少。 因此,“临界密度”(可能使光子逸出的地方)通过射流向下移动,到达本来密度越来越高的材料。

为了测试模型的有效性,研究小组着手对模型进行测试,其中考虑了相对论射流和辐射传输的整体动力学。 通过结合使用三维相对论流体动力学模拟和辐射传输计算来评估相对论射流突破大质量恒星包层的光球排放,他们至少能够确定长GRB的情况-与这类GRB相关的类型坍塌的大质量恒星-模型起作用了。

伊藤的结果与观察到的Yonetoku关系的比较(伊藤)

他们的模拟还表明,由于喷气-星际相互作用的自然结果,可以再现四日关系。

创业研究小组的伊藤博隆说。 “这强烈表明光球发射是GRB的发射机制。”

他继续说:“尽管我们已经阐明了光子的起源,但是关于坍缩的恒星如何产生相对论射流本身仍存在一些谜团。

“我们的计算应该提供宝贵的见解,以调查这些巨大事件背后的基本机制。”

资料来源

原始研究:http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-09281-z

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