Czas e-biznesu

Wszystkie najświeższe informacje o Polsce z Czasu e Biznesu.

Naukowcy łamią kod kosmicznych planów

Naukowcy łamią kod kosmicznych planów

Wiadomo, że rozbłyski gamma (GRB) zawierają najbardziej relatywistyczne dżety, z głównymi czynnikami Lorentza rzędu kilkuset. Wiele GRB wykazuje wczesne plateau krzywej blasku promieniowania rentgenowskiego, czego teoretycznie nie oczekiwano, a tym samym intrygowało społeczność przez wiele lat.

Wypływy materii obserwuje się w układach astronomicznych jako dżety z różnymi prędkościami, od szybkich do wolnych. Dżety w postaci płynnej materii są powszechnie obserwowane w układach astronomicznych z różnymi prędkościami, od szybkich do wolnych. Najszybsze samoloty są wysoce relatywistyczne i mogą osiągać prędkości bliskie prędkości światła. Chociaż jest to powszechnie obserwowane zjawisko, pochodzenie tych dżetów i wiele ich cech pozostaje tajemnicą.

Przez długi czas eksperci byli zdumieni bimodalnym rozkładem prędkości samolotów, niektóre niewiarygodnie szybkie, a inne wolne, oraz niezwykły brak prędkości pomiędzy nimi. Jednak naukowcy z Uniwersytetu Bar-Ilan ponownie przeanalizowali dane i wydaje się, że w końcu rozwiązali tę kłopotliwą zagadkę.

W wielu różnych układach galaktyk i pozagalaktykach emisja materii jest powszechnie obserwowana w postaci dżetów. Szybkość, z jaką występuje ta scena, jest bardzo różna. Poza stosunkowo wolnymi dżetami związanymi z gwiazdami neutronowymi lub układami podwójnymi gwiazd, bardzo szybkie dżety relatywistyczne są widoczne przy prędkościach bardzo bliskich prędkości światła. Najszybsze znane dżety są związane ze zjawiskiem znanym jako „błyski gamma”.

Zjawisko to charakteryzuje się początkowym rozbłyskiem promieni gamma, trwającym kilka sekund, w którym pojawia się silna emisja promieniowania gamma. Następnie następuje „poświata”, która trwa znacznie dłużej niż godziny, dni, a nawet miesiące. W tej erze emisja zanika później i jest obserwowana jako niższe długości fal, promieniowanie rentgenowskie, ultrafiolet, optyka, podczerwień i częstotliwości radiowe znacznie później.

Poza pytaniem, dlaczego dżety emitowane przez te obiekty są tak szybkie, istnieje tajemnica, która wydaje się niezwiązana z tym, co dzieje się w okresie przejściowym od setek do tysięcy sekund, podczas którego emisja zanika lub pozostaje stała. W niektórych przypadkach po kilkudziesięciu sekundach emisja promieniowania rentgenowskiego zanika wykładniczo, jak można by się spodziewać po relatywistycznej eksplozji zderzenia z materią i promieniowaniem obecnym w przestrzeni międzygwiazdowej galaktyki.

Jednak w około 60% obserwowanych przypadków emisja widzialna nie zanika, ale raczej pozostaje stała. Ta obserwacja zawsze była źródłem zamieszania dla badaczy i nie znaleziono dla niej przekonującego wyjaśnienia od czasu odkrycia tego zjawiska około 18 lat temu.

Naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Bar-Ilan wykazali teraz, że ta stała emisja w zakresie widzialnym jest naturalną konsekwencją prędkości dżetu, która jest znacznie mniejsza niż zwykle zakładano i wypełnia lukę między prędkościami mierzonymi z różnych źródeł. Innymi słowy, mniejsza prędkość początkowa strumienia może wyjaśniać brak rozpadu oraz bardziej wyraźną i trwałą emisję.

Naukowcy wykazali, że wcześniejsze wyniki, z których wydedukowano duże prędkości w tych ciałach, nie sprawdzają się w tych przypadkach. W ten sposób zmienili model i udowodnili, że samoloty powstają w naturze przy każdej prędkości. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Komunikacja natury A redaktor magazynu wybrał go jako jednego z Top 50 ostatnio opublikowanych artykułów.

Jednym z głównych otwartych pytań w badaniu rozbłysków gamma jest to, dlaczego w tak dużej części przypadków promieniowanie rentgenowskie, które można zobaczyć przez kilka dni, nie blaknie przez długi czas. Aby odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy przystąpili do dokładnego mapowania danych, które były liczne, ale rozproszone i „zaszumione”.

Po wyczerpującym przeszukaniu literatury stworzyli wysokiej jakości próbkę danych. Po zbadaniu wyjaśnień tego zjawiska w istniejącej literaturze stwierdzili, że wszystkie obecne modele, bez wyjątku, przyjmują dodatkowe założenia, które nie są poparte danymi. Co ważniejsze, żaden z modeli nie dostarczył przekonującego wyjaśnienia czystych danych. Naukowcy wrócili więc do podstawowego modelu i próbowali zrozumieć, które z podstawowych założeń jest błędne.

Odkryli, że zmiana tylko jednego założenia, dotyczącego prędkości początkowej samolotów, wystarczyła do wyjaśnienia danych. Badacze poszli dalej i przeanalizowali dane, które doprowadziły innych astrofizyków do wniosku, że dżety muszą być wysoce relatywistyczne (tj. dżety powinny być wysoce relatywistyczne. Znalezione argumenty były ważne w badanych przez nich przypadkach. Stamtąd szybko doszli do wniosku, że najprawdopodobniej zmierzają we właściwym kierunku.

Profesor Assaf Peer, który prowadził część teoretyczną tych badań, określa siebie jako teoretyka, który lubi pracować z danymi.

„Systemy astrofizyczne są na ogół bardzo złożone, a modele teoretyczne, które są z natury prostsze, często pomijają kluczowe punkty” – wyjaśnia. „W wielu przypadkach dokładna analiza danych, jaką tutaj przeprowadziliśmy, pokazuje, że istniejące pomysły po prostu nie działają. To właśnie skłoniło nas do wymyślenia nowych pomysłów. Czasami wystarczy najprostszy, najmniej złożony pomysł.”

Partnerami profesora Beera w tych badaniach są pierwszy autor badania, dr Hussein Direli Beg z Bar-Ilan Research Group oraz profesor Felix Reid z KTH Royal Institute of Technology w Sztokholmie. Podczas gdy Beer koncentrował się na teorii, jego współpracownicy skupili się na analizie danych, które motywowały i wspierały teorię, którą zaproponował.

„Zrozumienie tego zajęło nam trochę czasu, a kiedy zdałem sobie sprawę, że istnieje jeden standard w całości, który należy zmienić, wszystko działało jak układanka” — mówi profesor Beer. „Tak bardzo, że od pewnego momentu, za każdym razem, gdy poruszaliśmy nowy potencjalny problem, było dla mnie jasne, że dane będą na naszą korzyść i faktycznie tak było”.

Badania astrofizyczne są ze swej natury badaniami podstawowymi. Jeśli naukowcy rzeczywiście mają rację, odkrycia mają daleko idące implikacje, które mogą doprowadzić do zmiany paradygmatu w tej dziedzinie, a także w zrozumieniu procesów fizycznych, które wytwarzają dżety. Należy zauważyć, że geneza tego zjawiska wciąż nie jest do końca poznana, ale jest ono wyraźnie związane z zapadnięciem się gwiazdy (lub pary gwiazd) w[{” attribute=””>black hole. The research results are very important in understanding these mechanisms, as well as the type of stars that end their lives in a way that produces strong gamma radiation.

“Scientific research is fascinating. New ideas are constantly born and tested. Since the data are often inconclusive, people often publish their ideas and move on,” says Prof. Pe’er. “Here was a unique case, in which, after examining many ideas, I suddenly realized that the explanation could be very simple. After I proposed the explanation, we checked it again and again against the existing data, and it passed test after test. So sometimes, the simplest explanation is also the most successful one.”

Reference: “A wind environment and Lorentz factors of tens explain gamma-ray bursts X-ray plateau” by Hüsne Dereli-Bégué, Asaf Pe’er, Felix Ryde, Samantha R. Oates, Bing Zhang and Maria G. Dainotti, 24 September 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-32881-1

READ  Astrofizyk z Cambridge University traci rolę w projekcie kosmicznym w związku z brexitem | Wyjście Wielkiej Brytanii z Unii Europejskiej