ガンマ線バーストからの光子を特定

ガンマ線バーストは宇宙全体で最もエネルギッシュなイベントの一部ですが、これまで、これらの流出のメカニズムは謎のままでした。

巨大な星の私たちを破壊する相対論的ジェットのアーティストの印象。 クローズアップパネルは、ガンマ線バーストジェットの膨張により、ガンマ線(白い点で表される)がどのように脱出できるかを示しています。 青と黄色の点は、それぞれジェット内の陽子と電子を表します。(NAOJ)

理研先駆的研究クラスターの科学者と共同研究者はシミュレーションを使用して、長いガンマ線バーストによって放出された光子(宇宙で発生する最もエネルギーの高いイベントの1つ)が光球に起因することを示しています。爆発する星によって放出される「相対論的ジェット」。

巨大な星が崩壊し、ブラックホールを形成し、粒子のジェットをほぼ光速で外向きに吹き付けるときに発生すると考えられている最も一般的なタイプのガンマ線バーストを示す図。 (NASA / GSFC)

ガンマ線バーストは、宇宙で観測される最も強力な電磁現象であり、わずか1秒で、太陽が全寿命にわたって放出されるのと同じくらい多くのエネルギーを放出します。 それらは1967年に発見されましたが、この莫大なエネルギー放出の背後にあるメカニズムは長い間謎のままでした。 数十年に渡る研究により、バーストの一種であるロングバーストが、大質量星の死の間に放出された物質の相対論的ジェットに起因することが明らかになりました。 しかし、ジェット機からガンマ線がどのように生成されるかは、今日でも謎に包まれています。

Nature Communicationsで発表された現在の研究は、Yonetok関係と呼ばれる発見から始まりました。GRBのスペクトルピークエネルギーとピーク光度の関係は、これまでにGRB放出の特性で見つかった最も強い相関です—著者の1人。 したがって、これは、放出メカニズムを説明するためのこれまでのところ最高の診断と、ガンマ線バーストのあらゆるモデルに対する最も厳密なテストを提供します。

ちなみに、この関係は、長いガンマ線バーストが距離を測定するための「標準キャンドル」として使用できることも意味し、バーストよりはるかに暗いにもかかわらず、一般的に使用されているタイプ1A超新星よりも過去をじっくりと見ることができました。 これは、宇宙の歴史と暗黒物質や暗黒エネルギーなどの謎の両方への洞察を得ることを可能にします。

ちょっとの間、タイプ1aの超新星が銀河全体をしのいでいます。 この光度は、それらを完璧な「標準キャンドル」にします—天文距離を測定するために使用できるオブジェクト(NASA / ESA)。

国立天文台のアテルイ、理研の北斎、湯川理論物理学研究所のクレイxc40など、いくつかのスーパーコンピューターで実行されたコンピューターシミュレーションを使用して、いわゆる「光球放出」モデルに焦点を当てたグループ— GRBの排出メカニズムの主要なモデル。

このモデルは、地球上で見える光子が相対論的ジェットの光球から放出されると仮定しています。 ジェットが拡大すると、光を散乱させるために使用できるオブジェクトが少なくなるため、フォトンがジェットから脱出することが容易になります。 したがって、「臨界密度」(光子が逃げることが可能になる場所)は、ジェットを介して下向きに移動し、元々密度が高くなっていた材料に移動します。

モデルの有効性をテストするために、チームは相対論的ジェットと放射伝達のグローバルダイナミクスを考慮した方法でモデルのテストを開始しました。 3次元の相対論的流体力学シミュレーションと放射伝達計算の組み合わせを使用して、大規模な星のエンベロープから発生する相対論的ジェットからの光球放出を評価することにより、少なくとも長いGRBの場合、そのようなタイプに関連するタイプであると判断できました。大規模な星の崩壊—モデルは機能しました。

伊藤の結果と米徳関係との比較(伊藤)

彼らのシミュレーションはまた、ヨネトクの関係がジェット星間相互作用の自然な帰結として再現できることを明らかにしました。

先駆的研究クラスターの伊藤博孝氏は次のように述べています。 「これは、光球放出がGRBの放出メカニズムであることを強く示唆しています。」

彼は続けます。「私たちは光子の起源を解明しましたが、相対論的ジェット自体が崩壊する星によってどのように生成されるかについてはまだ謎があります。

「私たちの計算は、これらの途方もなく強力なイベントの生成の背後にある基本的なメカニズムを調べるための貴重な洞察を提供するはずです。」

出典

元の調査:http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-09281-z

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