وبلاگ

Newswise – LOS ALAMOS، NM 7 دسامبر 2022– نمای استاندارد انفجارهای پرتو گاما به عنوان امضایی برای انواع مختلف ستارگان در حال مرگ ممکن است نیاز به بازنویسی داشته باشد. مشاهدات نجومی اخیر که با مدل‌سازی نظری پشتیبانی می‌شوند، یک امضای رصدی جدید از ادغام ستاره‌های نوترونی را نشان می‌دهند که ممکن است تولید عناصر سنگین در کیهان را روشن کند.

کریس فرایر، اخترفیزیکدان و دانشمند آزمایشگاهی در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس می گوید: ستاره شناسان مدت ها بر این باور بودند که فوران های پرتو گاما به دو دسته تقسیم می شوند: انفجارهای طولانی مدت از ستارگان در حال انفجار و انفجارهای کوتاه مدت از ادغام اجرام فشرده ستاره ای. فرایر یکی از نویسندگان و رهبر تیم مدلینگ a کاغذ درباره این پدیده که امروز در Nature منتشر شده است. اما در رویدادی که اخیراً مشاهده شد، ما یک کیلونوا را همراه با یک انفجار پرتو گاما با عمر طولانی شناسایی کردیم و این یک آچار به این تصویر ساده انداخت.

ابرنواختر/ ابرنواختر اجرام گذرا در نور مرئی هستند که در این انفجارها توسط اجسام در حال انفجار تولید می شوند، در حالی که کیلونوواها اجرام گذرا در نور مرئی هستند که از ادغام اجرام فشرده که حداقل یکی از آنها ستاره نوترونی است، تولید می شود. انفجار پرتو گاما می تواند هر دو نوع گذرا را همراهی کند. ابرنواخترها هنگام انفجار یک ستاره عظیم تولید می شوند. تنها زیرمجموعه کوچکی از ابرنواخترها از مکانیسم انفجاری که پرتوهای گاما را تولید می کند، به وجود می آیند.

انفجار گامای بلند و کوتاه

GRBهای طولانی مدت (بیشتر از دو ثانیه) معمولاً با ابرنواخترها همراه هستند، در حالی که GRBهای کوتاه مدت (کمتر از دو ثانیه) معمولاً با ادغام ستاره های نوترونی مرتبط هستند. همه این اشکال مختلف انتشارات الکترومغناطیسی مشاهده شده به عنوان گذرا شناخته می شوند. ستاره‌های نوترونی ادغام شده برخی از سنگین‌ترین عناصر را تشکیل می‌دهند، عناصری فراتر از آهن در جدول تناوبی.

در 11 دسامبر 2021، چندین رصدخانه و ماهواره یک انفجار پرتو گاما بسیار درخشان 50 ثانیه ای و انتشار نوری، مادون قرمز و اشعه ایکس مرتبط با این انفجار را ثبت کردند. این انفجار طولانی نسبتاً نزدیک بود – حدود یک میلیارد سال نوری از ما در کهکشانی غیر از کهکشان راه شیری – اما ویژگی‌های انتشار آن با مشخصات رویدادهای انفجار طولانی مطابقت نداشت. در عوض، شواهد به ادغام اجسام فشرده در یک رویداد ترکیبی تئوری‌شده اما قبلاً مشاهده نشده اشاره می‌کنند که یک کیلونوا تولید می‌کند اما یک انفجار پرتو گاما طولانی‌مدت منتشر می‌کند.

تیم مدل‌سازی ما در لوس آلاموس رصد را با مجموعه‌ای از شبیه‌سازی‌های ابرنواختر و کیلونوا مقایسه کرد و ما نتوانستیم سیگنال را به طور قانع‌کننده‌ای با یک مدل ابرنواختر مطابقت دهیم، در حالی که چندین مدل کیلونوا تطابق خوبی با نقاط داده نوری و مادون قرمز داشتند. Ryan Wollaeger، یکی از نویسندگان مقاله و عضو تیم مدلینگ Los Alamos گفت. با این حال، هنوز مدل‌سازی نظری بیشتری برای درک کامل این فرآیند انتقال وجود دارد.

به چالش کشیدن درک استاندارد

ایو چیس، یکی از نویسندگان مقاله، عضو فوق دکتری در لوس آلاموس و یکی از اعضای تیم لوس آلاموس، گفت: «این کشف درک استاندارد ما از انفجارهای پرتو گاما را مختل می کند. ما دیگر نمی‌توانیم فرض کنیم که همه انفجارهای کوتاه‌مدت از ادغام ستاره‌های نوترونی می‌آیند، در حالی که انفجارهای طولانی مدت از ابرنواخترها می‌آیند. اکنون متوجه شده ایم که طبقه بندی انفجارهای پرتو گاما بسیار دشوارتر است. این کشف درک ما از انفجارهای پرتو گاما را به حد اقل می رساند.”

این مشاهده که GRB211211A نام دارد، اولین شواهد مستقیم از یک رویداد ترکیبی را ارائه می دهد. مشاهدات امواج گرانشی ماهیت GRB211211A را تایید می کرد، اما متأسفانه آشکارسازهای امواج گرانشی حساس مانند LIGO (رصدخانه امواج گرانشی تداخل سنج لیزری) در زمان این کشف کار نمی کردند.

به گفته فرایر، اگرچه انفجار طولانی مدت درک پذیرفته شده از مدل های ادغام باینری فشرده را به چالش می کشد، اما این ادغام هنوز همه ویژگی های مشاهده شده دیگر GRB211211A را توضیح می دهد.

فرایر و دکترای او. مشاور Stan Woosley در سال 1999 پارادایم قرص برافزایش سیاهچاله را به عنوان ساده ترین توضیح برای دو دسته رویدادهای انفجار پرتو گاما ابداع و توسعه داد. بر اساس این پارادایم، ادغام اجرام فشرده با هاله های مواد جذب شده گرانشی آنها (دیسک های برافزایشی) پرتوهای گاما کوتاه مدت تولید می کند. فروپاشی ستارگان عظیم به ابرنواخترهایی با قرص های برافزایشی با عمر طولانی تر، منجر به انفجارهای طولانی تر می شود. فرایر گفت که مجموعه رو به رشدی از مشاهدات از این دو کلاس و انواع اجرام ستاره ای مرتبط با آنها پشتیبانی می کند.

یک تیم بین المللی متشکل از محققان دانشگاه ها، موسسات تحقیقاتی، ناسا و لوس آلاموس در این کار همکاری کردند. فرایر تیم مدلینگ شامل والاگر و چیس را رهبری کرد. تیم لوس آلاموس کدهای مدل‌سازی ابرنواختر و کیلونوا را توسعه داده‌اند که روی ابررایانه‌ها اجرا می‌شوند. استفاده از این کدها برای داده‌های مشاهده‌ای کلید تفسیر مشاهدات GRB211211A بود.

کاغذ: انفجار پرتو گامای طولانی نزدیک از ادغام شی فشرده، توسط E. Troja، CL Fryer، B. O’Connor، G. Ryan، S. Dichiara، A. Kumar، N. Ito، R. Gupta، R. Wollaeger , JP Norris, N. Kawai, N. Butler, A. Aryan, K. Misra, R. Hosokawa, KL Murata, M. Niwano, SB Pandey, A. Kutyrev, HJ van Eerten, EA Chase, Y.-D. هو، MD Caballero-Garcia، AJ Castro-Tira، مجله طبیعت.

DOI: 10.1038/s41586-022-05327-3

منابع مالی: تحقیق و توسعه آزمایشگاهی در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس.

-30-

LA-UR-22-30184