Przełomowe badania odsłoniły nowe linie promieniowania gamma w najjaśniejszym rozbłysku gamma we wszechświecie, GRB 221009A, ujawniając głębszy wgląd w fizykę rozbłysków gamma.
Nowe badania najjaśniejszych w historii rozbłysków gamma (GRB) ujawniły bezprecedensowe linie promieniowania gamma, zapewniając nowy wgląd w fizykę rozbłysków gamma.
Rozbłyski gamma (GRB) to najpotężniejsze eksplozje we wszechświecie, zapewniające cenny wgląd w gwiazdy, galaktyki i kosmos. Od czasu ich odkrycia w latach 60. najjaśniejszy GRB, jaki kiedykolwiek zarejestrowano, GRB 221009A, uderzył w Ziemię 9 października 2022 r. Jego intensywna jasność była tak ekstremalna, że zakłóciła normalne funkcjonowanie wielu teleskopów promieniowania gamma.
Na szczęście GECAM-C, trzeci instrument z serii GECAM zaproponowany przez Shaolin Xiong, zapewnił dokładny pomiar rozbłysku w wysokiej rozdzielczości, dzięki swojej konstrukcji dedykowanej dla jasnych wydarzeń. Biorąc pod uwagę rekordową jasność i bogate zbiory danych obserwacyjnych, zespół badawczy szybko zdał sobie sprawę, że GRB zapewnia cenną możliwość poszukiwania w widmie linii promieniowania gamma, które są niezwykle ważne, ale nigdy wcześniej nie były wykrywane w GRB.
Badaniami kierowali prof. Shaolin Xiong (Instytut Fizyki Wysokich Energii, Chińska Akademia Nauk), prof. Jirong Mao (Obserwatoria w Yunnan, Chińska Akademia Nauk) i prof. Shuang-Nan Zhang (Instytut Fizyki Wysokich Energii, Chińska Akademia Nauk). Akademii Nauk).
Kompleksowa analiza spektralna
W tym celu zespół badawczy przeprowadził wszechstronną analizę widmową wspólnych danych obserwacyjnych z dwóch kosmicznych monitorów promieniowania gamma. „GECAM-C zapewnił dokładny pomiar widma całego przebiegu tego rozbłysku, podczas gdy Fermi/GBM mógł rozszerzyć widmo na pasmo o wyższej energii. Razem mogą zapewnić bardzo szeroki zakres pomiarów widma i wyszukiwania linii”, mówi Shaolin Xiong.
„Wkrótce po rozpoczęciu tej analizy zauważyliśmy, że powyżej widma kontinuum, które zwykle obserwuje się w GRB, istnieje kilka interesujących nadmiarów w niektórych odstępach czasu tego rozbłysku. Pomyśleliśmy, że mogą być Graalem, którego szukaliśmy” – powiedział pierwszy autor tego artykułu, Yanqiu Zhang, doktorant w Instytucie Fizyki Wysokich Energii.
Rygorystyczna weryfikacja wyników
„Ale wiedzieliśmy, że jest wiele rzeczy do sprawdzenia, zanim się o tym przekonamy, ponieważ wiele nieuchwytnych czynników, takich jak odejmowanie tła, efekty instrumentalne i systematyczne błędy w odpowiedzi detektora, może prowadzić do fałszywych cech w widmie jasnych rozbłysków; dlatego musimy zbadać wszystkie te kwestie tak dokładnie, jak to możliwe. Posiadanie dwóch teleskopów do wzajemnej kontroli bardzo pomogło w tych badaniach” – mówi Shaolin Xiong.
Po bardzo wymagających analizach tych zagadnień prowadzonych przez wiele miesięcy grupie badawczej udało się uzyskać wiarygodne widma tego GRB i znaleźć szereg linii emisyjnych na typowych widmach GRB. Co ciekawe, odkryli ponadto, że zarówno energia linii, jak i strumień ewoluują jako funkcja potęgowa czasu. „Takiej ewolucji fizycznej nie mogą wywołać żadne czynniki, jakie przychodzą nam do głowy, co stanowi solidny dowód na rzeczywistość i pochodzenie GRB tych linii promieniowania gamma” – mówi Shaolin Xiong.
Co ciekawe, zespół zauważył, że w jasnej części rozbłysku energia linii sięga 37 milionów elektronowoltów. „Według naszej wiedzy nigdy wcześniej nie widziano znaczącej linii promieniowania gamma o tak wysokiej energii; dlatego wierzymy, że jest to linia widmowa o najwyższej energii zaobserwowana jak dotąd we wszechświecie” – mówi Shuang-Nan Zhang.
W tej pracy zespół omówił także kilka możliwych scenariuszy wyjaśniających zaobserwowane cechy linii promieniowania gamma, w tym ewolucję energii i strumienia linii zgodnie z prawem potęgowym oraz prawie stały stosunek szerokości linii do energii linii. „Te odkrycia rzucają nowe i wyjątkowe światło na fizykę GRB i jego relatywistycznego dżetu. Aby w pełni zrozumieć obserwowaną linię promieniowania gamma, potrzeba więcej badań teoretycznych” – mówi Jirong Mao.
Odniesienie: „Obserwacja linii widmowych w wyjątkowym GRB 221009A” autorstwa: Yan-Qiu Zhang, Shao-Lin Xiong, Ji-Rong Mao, Shuang-Nan Zhang, Wang-Chen Xue, Chao Zheng, Jia-Cong Liu, Zhen Zhang, Xi-Lu Wang, Ming-Yu Ge, Shu-Xu Yi, Li-Ming Song, Zheng-Hua An, Ce Cai, Xin-Qiao Li, Wen-Xi Peng, Wen-Jun Tan, Chen-Wei Wang, Xiang- Yang Wen, Yue Wang, Shuo Xiao, Fan Zhang, Peng Zhang i Shi-Jie Zheng, 11 maja 2024 r., Nauka Chiny Fizyka, mechanika i astronomia.
DOI: 10.1007/s11433-023-2381-0
