15:46 2022-06-29 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Praful de stele care căde, jeturile clătinitoare explică exploziile de raze gamma care clipesc

_ Praf de stele care căde, jeturi clătinitoare explică explozii de raze gamma care clipesc

O echipă de astrofizicieni condusă de Universitatea Northwestern a dezvoltat prima simulare completă 3D a unei evoluții întregi a unui jet format dintr-o stea care se prăbușește sau un „colapsar”.

Deoarece aceste jeturi generează explozii de raze gamma (GRB) – cele mai energice și luminoase evenimente din univers de la Big Bang – simulările au aruncat lumină asupra acestor explozii de lumină deosebite și intense. Noile lor descoperiri includ o explicație pentru întrebarea de lungă durată de ce GRB-urile sunt punctate în mod misterios de momente de liniște - clipind între emisii puternice și o liniște ciudat de liniștită. Noua simulare arată, de asemenea, că GRB-urile sunt chiar mai rare decât se credea anterior.

Noul studiu va fi publicat pe 29 iunie în Astrophysical Journal Letters. Acesta marchează prima simulare 3D completă a întregii evoluții a unui jet - de la nașterea sa în apropierea găurii negre și până la emisia sa după evadarea din stea care se prăbușește. Noul model este, de asemenea, simularea cu cea mai înaltă rezoluție vreodată a unui jet la scară mare.

„Aceste avioane sunt cele mai puternice evenimente din univers”, a spus Ore Gottlieb de la Northwestern, care a condus studiul. „Studiile anterioare au încercat să înțeleagă cum funcționează, dar acele studii au fost limitate de puterea de calcul și au trebuit să includă multe ipoteze. Am fost capabili să modelăm întreaga evoluție a avionului de la bun început - de la nașterea sa printr-o gaură neagră - fără a presupune nimic despre structura jetului. Am urmărit jetul de la gaura neagră până la locul de emisie și am găsit procese care au fost trecute cu vederea în studiile anterioare.”

Gottlieb este un membru Rothschild în Centrul Northwestern. pentru Explorare Interdisciplinară și Cercetare în Astrofizică (CIERA). El a fost coautor al lucrării împreună cu membrul CIERA Sasha Tchekhovskoy, profesor asistent de fizică și astronomie la Colegiul de Arte și Științe Weinberg din Northwestern.

Obturare ciudată

Cel mai luminos fenomen din univers, GRB-urile apar atunci când nucleul unei stele masive se prăbușește sub propria sa gravitație pentru a forma o gaură neagră. Pe măsură ce gazul cade în gaura neagră rotativă, se energizează, lansând un jet în steaua care se prăbușește. Jetul lovește steaua până când în cele din urmă scapă de ea, accelerând cu viteze apropiate de viteza luminii. După ce se eliberează de stea, jetul generează un GRB strălucitor.

„Jetul generează un GRB atunci când atinge de aproximativ 30 de ori dimensiunea stelei – sau de un milion de ori dimensiunea găurii negre. ", a spus Gottlieb. „Cu alte cuvinte, dacă gaura neagră are dimensiunea unei mingi de plajă, jetul trebuie să se extindă pe întreaga dimensiune a Franței înainte de a putea produce un GRB.”

Datorită enormității acestei scări. , simulările anterioare nu au putut modela evoluția completă a nașterii avionului și a călătoriei ulterioare. Folosind ipoteze, toate studiile anterioare au descoperit că jetul se propagă de-a lungul unei axe și nu se abate niciodată de la acea axă.

Dar simularea lui Gottlieb a arătat ceva foarte diferit. Pe măsură ce steaua se prăbușește într-o gaură neagră, materialul din acea stea cade pe discul de gaz magnetizat care se învârte în jurul găurii negre. Materialul în cădere face ca discul să se încline, care, la rândul său, înclină jetul. Pe măsură ce jetul se luptă să se realinieze cu traiectoria sa originală, se clătinește în interiorul colapsarului.

Această clătinare oferă o nouă explicație a motivului pentru care GRB-urile clipesc. În momentele de liniște, jetul nu se oprește – emisia lui se îndepărtează de Pământ, așa că telescoapele pur și simplu nu îl pot observa.

„Emisia de la GRB este întotdeauna neregulată”, a spus Gottlieb. „Vedem vârfuri în emisie și apoi un timp de repaus care durează câteva secunde sau mai mult. Întreaga durată a unui GRB este de aproximativ un minut, deci acești timpi de repaus sunt o fracțiune deloc neglijabilă din durata totală. Modelele anterioare nu au fost capabil să explice de unde au venit aceste vremuri de repaus. Această clătinare dă în mod natural o explicație acelui fenomen. Observăm jetul atunci când ne îndreaptă spre noi. Dar când jetul se clătina pentru a se îndrepta spre noi, nu putem vedea emisia lui. Aceasta este parte a teoriei relativității a lui Einstein.”

Rare devine mai rar

Aceste jeturi clătinitoare oferă, de asemenea, noi perspective asupra ratei și naturii GRB-urilor. Deși studiile anterioare au estimat că aproximativ 1% dintre colapsari produc GRB, Gottlieb consideră că GRB-urile sunt de fapt mult mai rare.

Dacă jetul ar fi constrâns să se deplaseze de-a lungul unei axe, atunci ar acoperi doar o bucată subțire din cerul — limitând probabilitatea de a-l observa. Dar natura clătinitoare a jetului înseamnă că astrofizicienii pot observa GRB-uri în diferite orientări, crescând probabilitatea de a le observa. Conform calculelor lui Gottlieb, GRB-urile sunt de 10 ori mai observabile decât se credea anterior, ceea ce înseamnă că astrofizicienii lipsesc de 10 ori mai puține GRB decât se credea anterior.

„Ideea este că observăm GRB-urile pe cer într-o anumită perioadă. și vrem să aflăm despre rata reală a GRB-urilor în univers”, a explicat Gottlieb. „Ratele observate și adevărate sunt diferite, deoarece putem vedea doar GRB-urile care ne îndreaptă spre noi. Asta înseamnă că trebuie să presupunem ceva despre unghiul pe care îl acoperă aceste jeturi pe cer, pentru a deduce rata adevărată a GRB-urilor. adică ce fracție de GRB ne lipsește. Oscilația crește numărul de GRB detectabile, astfel încât corecția de la rata observată la rata reală este mai mică. Dacă ratăm mai puține GRB, atunci există mai puține GRB în general pe cer."

Dacă acest lucru este adevărat, postulează Gottlieb, atunci majoritatea avioanelor fie nu reușesc deloc să fie lansate, fie nu reușesc niciodată să scape din colapsar pentru a produce un GRB. În schimb, ele rămân îngropate în interior.

Energie mixtă

Noile simulări au arătat, de asemenea, că o parte din energia magnetică din jeturi se transformă parțial în energie termică. Acest lucru sugerează că jetul are o compoziție hibridă de energii magnetice și termice, care produc GRB. Într-un pas major înainte în înțelegerea mecanismelor care alimentează GRB-urile, aceasta este prima dată când cercetătorii au dedus compoziția jetului GRB-urilor în momentul emisiei.

„Studiul avioanelor ne permite să „vedem” ce se întâmplă adânc în interiorul stelei în timp ce aceasta se prăbușește”, a spus Gottlieb. „În caz contrar, este dificil să înveți ce se întâmplă într-o stea prăbușită, deoarece lumina nu poate scăpa din interiorul stelar. Dar putem învăța din emisia jetului – istoria aviotului și informațiile pe care acesta le transportă din sistemele care le lansează”.

Avansul major al noii simulări constă parțial în puterea sa de calcul. Folosind codul „H-AMR” pe supercalculatoarele de la Oak Ridge Leadership Computing Facility din Oak Ridge, Tennessee, cercetătorii au dezvoltat noua simulare, care utilizează unități de procesare grafică (GPU) în loc de unități centrale de procesare (CPU). Extrem de eficiente în manipularea graficii computerizate și procesarea imaginilor, GPU-urile accelerează crearea de imagini pe un afișaj.

(Fluierul)

Inapoi