Obecność niezwykle energetycznych promieni gamma w niektórych poświatach po intensywnych rozbłyskach gamma (GRB) można wyjaśnić za pomocą nowego modelu matematycznego. Odkrycie to może pomóc rzucić światło na pochodzenie GRB.
GRB to spektakularna erupcja energii powstała w wyniku gwałtownych wydarzeń, takich jak wybuchowa śmierć masywnej gwiazdy lub zderzenie dwóch gwiazd neutronowych. GRB wystrzeliwuje również strumień materii i energii do materii otaczającej gwiazdę, uderzając w cząsteczki takie jak protony i elektrony, powodując, że emitują promieniowanie. Emitowane fotony, od fal radiowych po promieniowanie gamma, mogą być wykryte z Ziemi jako poświata GRB.
Zdecydowana większość obserwacji poświat GRB daje się wyjaśnić za pomocą obecnych teorii, co nie powinno dziwić: nie byłyby to obecne teorie, gdyby nie pasowały do rzeczywistości. Jednak poświaty dwóch ostatnich GRB wytworzyły promienie gamma o niezwykle wysokich energiach, które podważają te teorie. Zaskoczeniem w przypadku tych dwóch wybuchów było to, że nigdy wcześniej nie wykryliśmy fotonów o takiej energii – mówi Donald Warren z Interdyscyplinarnego Programu Nauk Teoretycznych i Matematycznych RIKEN (iTHEMS).
Aby wyjaśnić niezwykłe promieniowanie gamma, badacze porównali dwa teoretyczne modele pojaśnień. Pierwszy z nich opierał się na konwencjonalnej teorii, sugerującej, że rozkład energii wśród elektronów poddanych szokowi przebiega wzdłuż dość prostej krzywej, znanej jako rozkład mocy. W scenariuszu tym większość elektronów ma stosunkowo niewielką energię, a tylko kilka z nich ma wyższe energie. Ważne jest jednak, aby zachować pewną perspektywę.
W drugim modelu dodano do mieszanki kilka tzw. elektronów termicznych. Mają one inny rozkład energii, który przypomina sposób, w jaki cząsteczki w gorącym gazie dzielą się swoją energią.
Ponieważ oba modele przewidują różną liczbę elektronów przy określonych energiach, w konsekwencji przewidują różną emisję fotonów – mówi Warren.
Drugi model zawiera więcej elektronów o energii odpowiedniej do wygenerowania wysokoenergetycznych promieni gamma widocznych w poświatach dwóch wysokoenergetycznych GRB. Najważniejszy wniosek z tej pracy jest taki, że elektrony termiczne znacząco zwiększają emisję przy najwyższych energiach fotonów – mówi Warren.
Oznacza to, że drugi model potencjalnie oferuje lepszy opis pojaśnień GRB. Następnym krokiem będzie wykorzystanie nowego modelu do oszacowania parametrów kilku GRB, aby upewnić się, że pasuje on do obserwacji co najmniej tak dobrze, jak obecny model – mówi Warren. Może to ostatecznie pomóc astronomom w dopracowaniu teorii dotyczących powstawania GRB.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
Thermal electrons play key role in determining emissions from gamma-ray-burst afterglows
Źródło: RIKEN
Na ilustracji: Obecność zaskakująco wysokoenergetycznych promieni gamma widocznych w poświacie (obraz) można wyjaśnić za pomocą nowego modelu teoretycznego. Źródło: ESA/Hubble, M. Kornmesser.
