Падающая звездная пыль и шаткие струи объясняют мигающие гамма-всплески

Группа астрофизиков под руководством Северо-Западного университета разработала первую в истории полную трехмерную симуляцию всей эволюции джета, образованного коллапсирующей звездой, или «коллапсара».


Поскольку эти выбросы генерируют гамма-вспки (GRB) — самые энергичные и яркие события во Вселенной со времен Большого взрыва — моделирование пролило свет на эти необычные, интенсивные вспышки света. Их новые результаты включают объяснение давнего вопроса о том, почему гамма-всплески таинственным образом перемежаются тихими моментами — миганием между мощными выбросами и устрашающе тихой тишиной. Новое моделирование также показывает, что гамма-всплески встречаются даже реже, чем считалось ранее.

Новое исследование будет опубликовано 29 июня в Astrophysical Journal Letters. Это первая полная трехмерная симуляция всей эволюции джета — от его рождения вблизи черной дыры до выброса после выхода из коллапсирующей звезды. Новая модель также является симуляцией крупномасштабной струи с самым высоким разрешением.

«Эти выбросы — самые мощные события во Вселенной», — сказал Оре Готлиб, руководитель исследования, руководитель исследования Northwestern. «Предыдущие исследования пытались понять, как они работают, но эти исследования были ограничены вычислительной мощностью и должны были включать множество предположений. Мы смогли смоделировать всю эволюцию джета с самого начала — с момента его рождения черной дырой. — без каких-либо предположений о структуре джета. Мы проследили за джетом от черной дыры до места выброса и обнаружили процессы, которые упускались из виду в предыдущих исследованиях».

Готлиб является научным сотрудником Северо-Западного центра междисциплинарных исследований и исследований в астрофизике (CIERA). Он написал статью в соавторстве с членом CIERA Сашей Чеховской, доцентом кафедры физики и астрономии Северо-Западного колледжа искусств и наук им. Вайнберга.

Странное колебание

Самое яркое явление во Вселенной, гамма-всплески возникают, когда ядро ​​массивной звезды коллапсирует под действием собственной гравитации, образуя черную дыру. Когда газ падает во вращающуюся черную дыру, он активизируется, запуская струю в коллапсирующую звезду. Струя пробивает звезду, пока, наконец, не вырвется из нее, разогнавшись до скоростей, близких к скорости света. Вырвавшись из звезды, джет генерирует яркий гамма-всплеск.

«Джет генерирует гамма-всплеск, когда достигает примерно в 30 раз больше размера звезды — или в миллион раз больше размера черной дыры», — сказал Готлиб. «Другими словами, если черная дыра имеет размер пляжного мяча, струя должна расшириться на всю Францию, прежде чем она сможет произвести гамма-всплеск».

Из-за огромности этого масштаба предыдущие симуляции не могли смоделировать полную эволюцию рождения джета и последующего путешествия. Используя предположения, все предыдущие исследования показали, что струя распространяется вдоль одной оси и никогда не отклоняется от этой оси.