Foton dari semburan sinar gamma ditunjukkan dengan tepat

Semburan sinar gamma adalah beberapa peristiwa paling energik di seluruh Semesta, namun sampai sekarang, mekanisme arus keluar ini tetap menjadi misteri.

Kesan seniman tentang jet relativistik menghancurkan bintang besar kita. Panel close-up menunjukkan bagaimana ekspansi jet burst sinar gamma memungkinkan sinar gamma (diwakili oleh titik putih) untuk melarikan diri. Titik-titik biru dan kuning mewakili masing-masing proton dan elektron dalam jet. (NAOJ).

Para ilmuwan dari RIKEN Cluster for Pioneering Research dan kolaborator telah menggunakan simulasi untuk menunjukkan bahwa foton yang dipancarkan oleh semburan sinar gamma panjang - salah satu peristiwa paling energik yang terjadi di alam semesta - berasal dari photosphere - bagian nyata dari “ jet relativistik ”yang dipancarkan oleh bintang yang meledak.

Sebuah ilustrasi yang menunjukkan jenis semburan sinar gamma paling umum yang diperkirakan terjadi ketika sebuah bintang masif runtuh, membentuk lubang hitam, dan meledakkan pancaran partikel ke arah luar dengan kecepatan cahaya yang hampir sama. (NASA / GSFC)

Semburan sinar gamma adalah fenomena elektromagnetik paling kuat yang diamati di alam semesta, melepaskan energi sebanyak hanya dalam satu detik atau lebih seperti matahari akan melepaskan sepanjang hidupnya. Meskipun mereka ditemukan pada tahun 1967, mekanisme di balik pelepasan energi yang sangat besar ini tetap misterius. Beberapa dekade penelitian akhirnya mengungkapkan bahwa semburan panjang - salah satu jenis semburan - berasal dari semburan materi relativistik yang dikeluarkan selama kematian bintang-bintang masif. Namun, bagaimana tepatnya sinar gamma dihasilkan dari jet masih terselubung dalam misteri saat ini.

Penelitian saat ini, yang diterbitkan di Nature Communications, dimulai dari sebuah penemuan yang disebut hubungan Yonetoku - hubungan antara energi puncak spektral dan luminositas puncak GRB adalah korelasi paling ketat yang ditemukan sejauh ini dalam sifat emisi GRB - yang dibuat oleh salah satu penulisnya. . Dengan demikian memberikan diagnostik terbaik sejauh ini untuk menjelaskan mekanisme emisi, dan tes paling ketat untuk setiap model semburan sinar gamma.

Kebetulan, hubungan itu juga berarti bahwa ledakan sinar gamma yang panjang dapat digunakan sebagai "lilin standar" untuk mengukur jarak, memungkinkan kita untuk mengintip lebih jauh ke masa lalu daripada supernova tipe 1A - yang biasa digunakan, meskipun jauh lebih redup daripada semburan. Ini akan memungkinkan untuk memperoleh wawasan tentang sejarah alam semesta dan misteri-misteri seperti materi gelap dan energi gelap.

Untuk sesaat, supernova tipe 1a mengalahkan seluruh galaksi. Luminositas ini menjadikannya 'lilin standar' yang sempurna - sebuah objek yang dapat digunakan untuk mengukur jarak astronomi (NASA / ESA.)

Dengan menggunakan simulasi komputer yang dilakukan pada beberapa superkomputer, termasuk Aterui dari National Astronomical Observatory of Japan, Hokusai dari RIKEN, dan Cray xc40 dari Yukawa Institute for Theoretical Physics, kelompok ini memfokuskan pada apa yang disebut sebagai model "pemotretan foto" yang merupakan model - emisi model-model terkemuka untuk mekanisme emisi GRB.

Model ini mendalilkan bahwa foton yang terlihat di bumi dipancarkan dari fotosfer jet relativistik. Saat jet mengembang, foton menjadi lebih mudah untuk lepas dari dalamnya, karena ada lebih sedikit objek yang tersedia untuk menyebarkan cahaya. Dengan demikian, "kerapatan kritis" - tempat di mana dimungkinkan bagi foton untuk melarikan diri - bergerak ke bawah melalui jet, ke materi yang awalnya pada kerapatan yang lebih tinggi dan lebih tinggi.

Untuk menguji validitas model, tim berangkat untuk mengujinya dengan cara yang memperhitungkan dinamika global jet relativistik dan transfer radiasi. Dengan menggunakan kombinasi simulasi hidrodinamik relativistik tiga dimensi dan perhitungan transfer radiasi untuk mengevaluasi emisi fotosfer dari jet relativistik yang keluar dari amplop bintang masif, mereka dapat menentukan bahwa setidaknya dalam kasus GRB panjang - jenis yang terkait dengan itu. runtuh bintang-bintang besar - model bekerja.

Perbandingan hasil Ito dengan hubungan Yonetoku yang diamati (Ito)

Simulasi mereka juga mengungkapkan bahwa hubungan Yonetoku dapat direproduksi sebagai konsekuensi alami dari interaksi jet-bintang.

Hirotaka Ito dari Cluster for Pioneering Research, mengatakan; "Ini sangat menunjukkan bahwa emisi fotosfer adalah mekanisme emisi GRB."

Dia melanjutkan: “Sementara kami telah menjelaskan asal-usul foton, masih ada misteri tentang bagaimana jet relativistik itu sendiri dihasilkan oleh bintang-bintang yang runtuh.

"Perhitungan kami harus memberikan wawasan berharga untuk melihat mekanisme fundamental di balik generasi peristiwa yang sangat kuat ini."

Sumber

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

Juga diterbitkan di media Scisco