Η άπιαστη προέλευση των μακρών εκρήξεων ακτίνων γάμμα μπορεί τελικά να αποκαλυφθεί

By | December 5, 2023

Στιγμιότυπο οθόνης από προσομοίωση υπολογιστή δείχνει πίδακες που σπρώχνουν υλικό γύρω από μια μαύρη τρύπα που δημιουργήθηκε από τη συγχώνευση για να εκτοξεύσει μεγάλες εκρήξεις ακτίνων γάμμα.

Μερικές από τις πιο ενεργητικές και μυστηριώδεις εκπομπές φωτός στο σύμπαν, μεγάλες εκρήξεις ακτίνων γάμμα, θα μπορούσαν να δημιουργηθούν μετά από σύγκρουση πυκνών νεκρών άστρων για να δημιουργήσουν βρεφικές μαύρες τρύπες που περιβάλλονται από έναν γενέθλιο δίσκο αερίου και σκόνης.

Αυτό είναι το συμπέρασμα μιας ομάδας ερευνητών που χρησιμοποίησαν προσομοιώσεις υπολογιστή για να δείξουν ότι όταν τα αστέρια νετρονίων – πυκνά, εξαιρετικά νεκρά αστέρια δημιουργούνται όταν τεράστια αστέρια τελειώνουν από πυρηνικό καύσιμο – συγκρούονται και συγχωνεύονται, μια μακρά έκρηξη ακτίνων γάμμα μπορεί να εκτοξευθεί μαζί με τους ενεργητικούς πίδακες σωματιδίων και τους ανέμους της εκδήλωσης.

Αυτά τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους αστρονόμους να εξηγήσουν την ύπαρξη παράξενων μακριών αστεριών. ακτίνα γάμμα εκρήξεις που δεν μπορούν να συνδεθούν με την κατάρρευση αστεριών μεγάλης μάζας που, εκτός από τη δημιουργία αστέρων νετρονίων, μπορούν επίσης να δημιουργήσουν αστέρια αστρικής μάζας μαύρες τρύπες.

«Τα ευρήματά μας, τα οποία συνδέουν τις παρατηρήσεις με την υποκείμενη φυσική, έχουν ενοποιήσει πολλά άλυτα μυστήρια στον τομέα των εκρήξεων ακτίνων γάμμα», δήλωσε ο Ore Gottlieb, επικεφαλής συγγραφέας της έρευνας και επιστήμονας στο Κέντρο Υπολογιστικής Αστροφυσικής (CCA), είπε σε δήλωση. «Για πρώτη φορά, μπορούμε να δούμε παρατηρήσεις εκρήξεων ακτίνων γάμμα και να γνωρίζουμε τι συνέβη πριν σχηματιστεί η μαύρη τρύπα».

Σχετίζεται με: Αυτό το διαστημικό μυστήριο ακτίνων γάμμα μπορεί τελικά να λυθεί με νέες προσομοιώσεις μαύρης τρύπας

Επίλυση ενός μεγάλου παζλ με έκρηξη ακτίνων γάμμα

Οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα ανιχνεύθηκαν για πρώτη φορά στα τέλη της δεκαετίας του 1960 και έκτοτε έφεραν στους επιστήμονες ένα διαρκές αίνιγμα, καθώς ο ακριβής μηχανισμός που δημιουργεί αυτές τις εκρήξεις φωτός υψηλής ενέργειας παραμένει μυστηριώδης.

Η εικόνα περιπλέκεται περαιτέρω από το γεγονός ότι υπάρχουν δύο διαφορετικοί πληθυσμοί εκρήξεων ακτίνων γάμμα: εκρήξεις μικρής διάρκειας που δεν διαρκούν περισσότερο από ένα δευτερόλεπτο και εκρήξεις μεγάλης διάρκειας, που μπορεί να διαρκέσουν περισσότερο από 10 δευτερόλεπτα.

Οι φυσικοί αρχικά συνέδεσαν σύντομες εκρήξεις ακτίνων γάμμα με πίδακες που εκτοξεύτηκαν κατά τη διάρκεια Αστέρας Νετρονίων συγχωνεύσεις, οι οποίες δημιουργούν επίσης λάμψεις φωτός που ονομάζονται κιλονόβας και δημιουργούν τα λεγόμενα «υπερμεγέθη αστέρια νετρονίων» που γρήγορα καταρρέουν για να δημιουργήσουν μαύρες τρύπες. Από την άλλη πλευρά, μεγάλες εκρήξεις ακτίνων γάμμα έχουν αποδοθεί σε πίδακες ύλης που απελευθερώνονται κατά την κατάρρευση τεράστιων περιστρεφόμενων αστεριών, προκαλώντας μαύρες τρύπες ή αστέρια νετρονίων.

Ωστόσο, το 2022, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν δύο μεγάλες εκρήξεις ακτίνων γάμμα που δεν ταίριαζαν με τα πρότυπα άλλων εκρήξεων ακτινοβολίας αυτού του τύπου. Επομένως, αυτές οι εκρήξεις δεν θα μπορούσαν να δημιουργηθούν κατά την κατάρρευση ενός τεράστιου αστεριού, υποστήριξαν οι επιστήμονες. Αυτό οδήγησε αρχικά τους ειδικούς να υποθέσουν ότι οι κοσμικές συγκρούσεις θα μπορούσαν επίσης να δημιουργήσουν μεγάλες εκρήξεις ακτίνων γάμμα υπό ορισμένες συνθήκες.

Ο Γκότλιμπ και οι συνεργάτες του πέρασαν μήνες τρέχοντας εξελιγμένες προσομοιώσεις με υπερυπολογιστές του Ινστιτούτου Flatiron για να δουν αν μια τέτοια υπόθεση ήταν αληθινή και αν οι συγχωνεύσεις θα μπορούσαν πράγματι να πυροδοτήσουν εκρήξεις μακρών ακτίνων γάμμα.

Οι προσομοιώσεις ξεκινούν με δύο συμπαγή αντικείμενα που περιφέρονται το ένα γύρω από το άλλο, στη συνέχεια σπειροειδώς μαζί, συγκρούονται και συγχωνεύονται. Μετά τη συγχώνευση, το συμβάν εκτοξεύει πίδακες ύλης με ταχύτητες κοντά σε αυτή του φωτός. Στη συνέχεια, η ομάδα παρατήρησε αυτούς τους πίδακες στην προσομοίωση καθώς απομακρύνονταν από το επίκεντρο της τοποθεσίας συγχώνευσης.

Συνδυάζοντας αυτό το μοντέλο με δεδομένα που συλλέχθηκαν από αστρονομικές παρατηρήσεις, ο Gottlieb και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν ένα ενοποιημένο μοντέλο για εκρήξεις ακτίνων γάμμα, δείχνοντας ότι περίεργα παραδείγματα μακρών εκρήξεων ακτίνων γάμμα θα μπορούσαν να δημιουργηθούν μετά από συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων. Αυτό θα συνέβαινε, λένε, επειδή το προκύπτον σώμα μιας συγχώνευσης περιβάλλεται από έναν περιστρεφόμενο δίσκο υπολειπόμενου υλικού που είναι μαγνητικά φορτισμένο. Αυτός ο δακτύλιος υλικού θα μπορούσε τεχνικά να στείλει μεγάλες εκρήξεις ακτίνων γάμμα.

Είναι ενδιαφέρον ότι το μοντέλο μπορεί επίσης να βοηθήσει τους επιστήμονες να προσδιορίσουν πώς έμοιαζε το σύστημα που εκπέμπει αυτές τις εκρήξεις ακτίνων γάμμα πριν από τη συγχώνευση.

«Αν κοιτάξουμε μια μεγάλη έκρηξη ακτίνων γάμμα όπως αυτές που είδαμε το 2022, τώρα ξέρουμε ότι προέρχεται από μια μαύρη τρύπα με έναν τεράστιο δίσκο», πρόσθεσε ο Gottlieb. “Και γνωρίζοντας ότι υπάρχει ένας τεράστιος δίσκος, μπορούμε τώρα να καταλάβουμε την αναλογία μάζας των δύο μητρικών αντικειμένων επειδή η αναλογία μάζας τους σχετίζεται με τις ιδιότητες του δίσκου. Για παράδειγμα, η συγχώνευση αστεριών νετρονίων άνισων μαζών θα παράγει αναπόφευκτα μια μακράς διάρκειας έκρηξη ακτίνων γάμμα».

Σχετικές ιστορίες:

– 300 αστέρια νετρονίων με έκρηξη ακτίνων γάμμα που βρέθηκαν σε μεγάλους αριθμούς – και μερικά είναι «πάλσαρ αράχνης»

— Το Pulsar εκπλήσσει τους αστρονόμους με ακτίνες γάμμα που σπάνε ρεκόρ

– Νέος τύπος πάλσαρ θα μπορούσε να εξηγήσει πώς εξελίσσονται τα μυστηριώδη συστήματα «μαύρης χήρας».

Το μοντέλο που αναπτύχθηκε από την ομάδα δεν είναι εφαρμόσιμο μόνο σε μεγάλες εκρήξεις ακτίνων γάμμα. Θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την καλύτερη κατανόηση της διαδικασίας πίσω από την εκτόξευση σύντομων εκρήξεων ακτίνων γάμμα. Ο Γκότλιμπαντ και το μοντέλο της ομάδας μπορεί να υποδηλώνουν ότι αυτές οι βραχύβιες εκρήξεις ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας θα μπορούσαν να προέρχονται από μικρότερους δίσκους ύλης γύρω από τις μαύρες τρύπες.

Ή, εναλλακτικά, σύντομες εκρήξεις ακτίνων γάμμα θα μπορούσαν να αναδυθούν από ασταθή υπερμεγέθη αστέρια νετρονίων πριν καταρρεύσουν γρήγορα για να δημιουργήσουν μαύρες τρύπες, λέει η ομάδα. Η χρήση του μοντέλου με αυτόν τον τρόπο θα απαιτήσει βελτίωση και χρειάζεται περισσότερα δεδομένα παρατήρησης από εκρήξεις ακτίνων γάμμα. , που μπορεί να συμβεί όταν το Παρατηρητήριο Vera C. Rubin αρχίζει να παρατηρείται στις αρχές του 2025.

«Καθώς λαμβάνουμε περισσότερες παρατηρήσεις εκρήξεων ακτίνων γάμμα σε διαφορετικές διάρκειες παλμού, θα είμαστε καλύτερα σε θέση να διερευνήσουμε τους κεντρικούς κινητήρες που τροφοδοτούν αυτά τα ακραία γεγονότα», κατέληξε ο Γκότλιμπ.

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στις 29 Νοεμβρίου στο τα Γράμματα από το Astrophysical Journal.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *