热电子在确定伽马射线爆发余辉的发射中起着关键作用

在 RIKEN 研究人员开发的新理论模型的帮助下,可以解释在余辉(艺术家的印象)中看到的令人惊讶的高能伽马射线的存在。 学分:欧空局/哈勃,M. Kornmesser

RIKEN 研究人员开发的新数学模型可以解释在强烈伽马射线爆发 (GRB) 的一些余辉中存在异常高能的伽马射线。 这一发现可能有助于阐明 GRB 的起源。

GRB是由猛烈事件产生的壮观的能量爆发,例如大质量恒星的爆炸性死亡或两颗中子星的碰撞。 GRB 还会将物质和能量射流射入围绕恒星的物质中,冲击质子和电子等粒子并导致它们发射辐射。 发射的光子,范围从无线电波到伽马射线,可以作为 GRB 余辉从地球上检测到。

绝大多数 GRB 余辉观测可以用当前的理论来解释,这不足为奇:如果它们与现实不符,它们就不会是当前的理论。 但最近两次伽马暴的余辉产生了能量异常高的伽马射线,使这些理论受到了质疑。 RIKEN 跨学科理论和数学科学项目 (iTHEMS) 的唐纳德·沃伦说:“这两次爆发令人惊讶的是,我们以前从未探测到如此高能的光子。”

为了解释不寻常的伽马射线,研究人员比较了两种余辉理论模型。 第一个是基于传统理论,表明受激电子之间的能量分布遵循一条相当简单的曲线,称为幂律分布。 在这种情况下,大多数电子的能量相对较小,只有少数电子具有最高能量。 不过,保持透视感很重要。 “即使是这里的低能电子也将成为太阳系能量之王,”沃伦评测道。

他们的第二个模型在混合物中添加了一些所谓的热电子。 它们具有不同的能量分布,这类似于热气体中的分子分配能量的方式。

“由于这两个模型预测了某些能量下不同数量的电子,因此它们预测了不同的光子发射,”沃伦说。

第二个模型具有更多的能量恰到好处的电子,以产生在两个高能GRB的余辉中看到的高能伽马射线。 “论文中最重要的结论是,热电子显着提高了在最高光子能量下的发射,”沃伦说。

这意味着第二个模型可能更好地描述这些 GRB 余辉。 “下一步是使用这个新模型来估计一些 GRB 的参数,以确保它至少与当前模型一样适合观测,”沃伦说。 这最终可以帮助天文学家完善他们关于 GRB 本身怎样发生的理论。

该研究发表在《天体物理学杂志》上。