Rollen af ​​et hulrum i hypernova-udstødningen af ​​et gammastråleudbrud

Siden 2018, en ny forskningsstil er blevet introduceret i gamma-ray-burst (GRB) undersøgelser:Den beskriver ikke den hurtige strålingsfase observeret af Neil Gehrels Swift Observatory og NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope ved en tidsintegreret spektralanalyse . Sådanne analyser anvendes typisk på lange GRB'er og opnår et båndspektrum med forskellige tilpasningsparametre. Denne procedure, som anerkendt af David Band, tillader ikke en taksonomi af GRB'er.

Den tilgang, som ICRANet-gruppen fulgte, udvikling af den binære drevne hypernova (BdHN) model af lange GRB'er, fokuserer kun på lysende GRB'er med et stort signal-til-støj-forhold, som gør det muligt for forskerne at gå videre til en tidsopløst analyse.

Derved, tre hovedbegivenheder i den hurtige strålingsfase er blevet identificeret:(1) supernovaens stigning, (2) tidspunktet for dannelsen af ​​et sort hul, der falder sammen med begyndelsen af ​​GeV-strålingen og (3) emissionen af ​​et hulrum, skabt af eksplosionen af ​​elektron-positron-plasma i den ekspanderende supernova-ejecta.

Ud over disse resultater, den største nyhed på dette område er opdagelsen af ​​selvlighed og magtlove i data efter dannelse af sorte hul fra 1,9 sekunder til 3,9 sekunder, fører til bevis for kvantiseret versus kontinuerlig emission i GeV-strålingen.

Den nye undersøgelse, medforfatter af R. Ruffini, J.D. Melon Fuksman og G.V. Vereshchagin, blev offentliggjort i Astrofysisk tidsskrift . Det præsenterer beviser for dannelsen af ​​et hulrum i kilden til gamma-stråleudbruddet GRB 190114C. Det foreslås, at denne GRB stammer fra et binært system sammensat af en massiv kulstof-oxygen kerne beskrevet i det binært drevne hypernova I (BdHN I) scenario.

I dette scenarie, kulstof-ilt-kernen gennemgår en supernovaeksplosion med skabelsen af ​​en ny neutronstjerne, og derefter sker der hyperkritisk tilvækst på den ledsagende binære neutronstjerne, indtil den overstiger den kritiske masse for gravitationskollaps.

Det er vist, at dannelsen af ​​et sort hul fanger 10 ⁵⁷ baryoner ved at omslutte dem inden for dens horisont, og dermed et hulrum på cirka 10 ¹¹ cm dannes omkring det med en initial tæthed på 10 ^-7 g/cm ³ .

En yderligere udtømning af baryoner i hulrummet stammer fra udvidelsen af ​​elektron-positron-foton-plasmaet, der dannes i kollapsøjeblikket, når en tæthed på 10 ^-14 g/cm ³ ved slutningen af ​​interaktionen. Forskerne påviste, ved hjælp af en analytisk model suppleret med en hydrodynamisk numerisk simulering, at en del af elektron-positron-foton-plasmaet reflekteres fra hulrummets vægge.

Den deraf følgende udstrømning og dens observerede egenskaber er vist at falde sammen med den karakteristiske emission, der forekommer i et tidsinterval af varighed, målt i kildens hvileramme, mellem 11 og 20 sekunder af GBM-observationen.

I øvrigt, lignende træk ved GRB-lyskurven blev tidligere observeret i GRB 090926A og GRB 130427A, alle tilhørende BdHN I-klassen. Disse resultater understøtter den generelle ramme præsenteret i og garanterer, at der opnås en lav baryontæthed i hulrummet, en nødvendig betingelse for driften af ​​den "indvendige motor" af GRB, præsenteret i den medfølgende artikel.

Tætheden på 10 ^-14 g/cm ³ her opdaget peger klart på en helt anden oprindelse af MeV- og GeV-emissionen i hulrummet:en elektromagnetisk maskine, producerer emission meget tæt på det sorte huls horisont, og baseret på tre komponenter:(1) et Kerr sort hul, (2) et ensartet magnetfelt efter Papapetrou-sætningen og (3) et lavdensitetsplasma på 10 ^-14 g/cm ³ .

Dette står i modsætning til den traditionelle gravitationsaccretion af meget høj densitet stof på et sort hul. Dette resultat ændrer dybtgående den traditionelle mekanisme for emission af GRB'er og kan udvides til aktive galaktiske kerner (AGN'er). Som en konsekvens, GRB-efterglødernes fysik er blevet modificeret for at undgå den ultrarelativistiske blastbølgeemission og udnytte synkrotronprocessen omkring den nye neutronstjerne, der forventes i BdHN-modellen.