p Cientistas do RIKEN Cluster for Pioneering Research e colaboradores usaram simulações para mostrar que os fótons emitidos por longas explosões de raios gama, entre os eventos mais enérgicos que ocorrem no universo, se originam na fotosfera - a porção visível do "jato relativístico" que é emitido por estrelas em explosão. p Explosões de raios gama são o fenômeno eletromagnético mais poderoso observado no universo, liberando em apenas um segundo a mesma quantidade de energia que o sol vai liberar durante toda a sua vida. Embora tenham sido descobertos em 1967, o mecanismo por trás dessa enorme liberação de energia permaneceu misterioso por muito tempo. Décadas de estudos finalmente revelaram que um tipo chamado rajadas longas se origina de jatos relativísticos de matéria ejetados durante a morte de estrelas massivas. Contudo, Ainda não se sabe exatamente como os raios gama são produzidos a partir dos jatos.

p A pesquisa atual, publicado em Nature Communications , começou a partir de uma descoberta chamada relação Yonetoku, que foi originalmente feito por um dos autores do artigo. Esta relação entre a energia de pico espectral e luminosidade de pico de GRBs é a correlação mais estreita encontrada até agora nas propriedades de emissão de GRB. Assim, fornece o melhor diagnóstico até agora para explicar o mecanismo de emissão, e o teste mais rigoroso para qualquer modelo de explosões de raios gama. Aliás, a relação também significava que rajadas de longo raio gama poderiam ser usadas como uma "vela padrão" para medir a distância, permitindo que os astrônomos perscrutem ainda mais o passado do que as supernovas do tipo 1A, que são comumente usados ​​hoje, mas são muito mais escuros. Isso tornaria possível obter insights sobre a história do universo, e poderia produzir insights sobre mistérios como matéria escura e energia escura.

p Usando simulações de computador realizadas em vários supercomputadores, incluindo Aterui do Observatório Astronômico Nacional do Japão, Hokusai de RIKEN, e Cray xc40 do Instituto Yukawa de Física Teórica, o grupo focou no chamado modelo de "emissão fotosférica", um dos principais modelos para o mecanismo de emissão de OGGs. Este modelo postula que os fótons visíveis na Terra são emitidos da fotosfera do jato relativístico. Conforme o jato se expande, torna-se mais fácil para os fótons escaparem de dentro dele, uma vez que há menos objetos disponíveis para espalhar a luz. Assim, a "densidade crítica" - o lugar onde é possível que os fótons escapem - desce através do jato para o material que estava originalmente em densidades cada vez mais altas.

p Para testar a validade do modelo, a equipe decidiu testá-lo de uma forma que levasse em consideração a dinâmica global dos jatos relativísticos e da transferência de radiação. Usando uma combinação de simulações hidrodinâmicas relativísticas tridimensionais e cálculos de transferência de radiação para avaliar as emissões fotosféricas de um jato relativístico saindo de um envelope estelar massivo, eles foram capazes de determinar que pelo menos no caso de GRBs longos - o tipo associado a essas estrelas massivas em colapso - o modelo funcionava. Suas simulações revelaram que a relação Yonetoku poderia ser reproduzida como uma consequência natural das interações jato-estelar. "Para nós, "diz Hirotaka Ito do Cluster for Pioneering Research, "isso sugere fortemente que a emissão fotosférica é o mecanismo de emissão de GRBs."

p Ele continua, "Embora tenhamos elucidado a origem dos fótons, ainda existem mistérios sobre como os próprios jatos relativísticos são gerados pelas estrelas em colapso. Nossos cálculos devem fornecer informações valiosas para examinar o mecanismo fundamental por trás da geração desses eventos tremendamente poderosos. "