감마선 파열의 광자

감마선 폭발은 전체 우주에서 가장 활력이 넘치는 사건이지만, 지금까지 이러한 유출의 메커니즘은 미스터리로 남아 있습니다.

우리가 거대한 별을 깨뜨리는 상대 론적 제트기에 대한 작가의 인상. 클로즈업 패널은 감마선 버스트 제트의 확장으로 감마선 (흰색 점으로 표시)이 어떻게 빠져 나갈 수 있는지 보여줍니다. 파란색과 노란색 점은 각각 제트 내의 양성자와 전자를 나타냅니다 (NAOJ).

RIKEN Cluster for Pioneering Research의 과학자들과 공동 연구자들은 시뮬레이션을 사용하여 우주에서 가장 활발한 사건 중 하나 인 긴 감마선 폭발에 의해 방출 된 광자가 광구에서 유래 한 것으로 나타났습니다. 폭발하는 별에 의해 방출되는 상대 론적 제트기”.

거대한 별이 무너지고 블랙홀을 형성하며 입자 제트를 거의 빛의 속도로 바깥쪽으로 분사 할 때 발생하는 가장 일반적인 유형의 감마선 폭발을 보여주는 그림. (NASA / GSFC)

감마선 폭발은 우주에서 관찰되는 가장 강력한 전자기 현상으로 태양이 전체 수명 동안 방출 될 때까지 1 초 정도의 많은 에너지를 방출합니다. 그들이 1967 년에 발견되었지만,이 거대한 에너지 방출의 메커니즘은 오랫동안 신비로 남아있었습니다. 수십 년에 걸친 연구에서 마침내 버스트 유형 중 하나 인 긴 버스트가 거대한 별이 죽는 동안 방출 된 상대 론적 제트기에서 비롯된 것으로 밝혀졌습니다. 그러나 오늘날 제트기에서 감마선이 정확히 어떻게 생성되는지는 여전히 미스터리로 밝혀졌습니다.

Nature Communications에 발표 된 현재의 연구는 Yonetoku 관계라는 발견에서 시작되었습니다. GRB의 스펙트럼 피크 에너지와 피크 광도 사이의 관계는 저자 중 한 명이 GRB 방출 특성에서 지금까지 발견 한 가장 밀접한 상관 관계입니다. . 따라서 방출 메커니즘을 설명하기위한 최고의 진단 기능과 모든 감마선 버스트 모델에 대한 가장 엄격한 테스트를 제공합니다.

우연히도이 관계는 긴 감마선 버스트가 거리 측정을위한 "표준 캔들"로 사용될 수 있음을 의미하며, 버스트보다 훨씬 어두워 졌음에도 불구하고 일반적으로 사용되는 1A 초신성보다 과거를 더 깊이 들여다 볼 수있게되었습니다. 이것은 우주의 역사와 암흑 물질과 암흑 에너지와 같은 신비에 대한 통찰력을 얻는 것을 가능하게 할 것입니다.

잠시 동안, 1a 형 초신성이 은하계 전체를 비 춥니 다. 이 광도는 천문 거리 (NASA / ESA)를 측정하는 데 사용할 수있는 완벽한 '표준 양초'입니다.

일본 국립 천문대 Aterui, RIKEN 호쿠사이, 유카와 이론 물리 연구소의 Cray xc40 등 여러 슈퍼 컴퓨터에서 수행 된 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여이 그룹은 소위 "광학 방출"모델에 중점을 두었습니다. GRB의 방출 메커니즘에 대한 주요 모델.

이 모델은 지구상에서 보이는 광자가 상대 론적 제트기의 광구에서 방출된다고 가정합니다. 제트가 확장됨에 따라 빛을 산란시키는 데 사용할 수있는 물체가 적기 때문에 광자가 제트기에서 빠져 나가기 쉬워집니다. 따라서, "광자 탈출이 가능한 장소"인 "임계 밀도"는 제트를 통해 아래로 이동하여 원래 더 높고 더 높은 밀도의 물질로 이동합니다.

팀은 모델의 유효성을 테스트하기 위해 상대 론적 제트기 및 방사선 전달의 글로벌 역학을 고려한 방식으로 모델을 테스트했습니다. 3 차원 상대 론적 유체 역학 시뮬레이션과 방사선 전달 계산의 조합을 사용하여 거대한 별 엔빌 로프에서 분리되는 상대 론적 제트의 구면 방출을 평가함으로써 적어도 GRB가 긴 경우 (그러한 유형과 같은 유형) 거대한 별들이 무너져 내렸다.

이토 결과와 관찰 된 요네 토쿠 관계 (이토)의 비교

그들의 시뮬레이션은 또한 요네 토쿠 관계가 제트 별 상호 작용의 자연스러운 결과로 재현 될 수 있음을 보여주었습니다.

개척 연구를위한 클러스터의 히로타카 이토는 말한다. "이것은 광구 방출이 GRB의 방출 메커니즘이라는 것을 강력하게 암시한다."

그는 계속해서 말합니다.“우리가 광자의 기원을 밝히는 동안, 상대적인 제트기 자체가 붕괴되는 별들에 의해 어떻게 생성되는지에 대한 신비가 여전히 남아 있습니다.

"우리의 계산은 이러한 강력한 이벤트 생성의 기본 메커니즘을 조사하는 데 유용한 통찰력을 제공해야합니다."

출처

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

Scisco 미디어에도 게재