Los científicos del RIKEN Cluster for Pioneering Research y colaboradores han utilizado simulaciones para mostrar que los fotones emitidos por largas explosiones de rayos gamma, entre los eventos más enérgicos que tienen lugar en el universo, se originan en la fotosfera, la parte visible del "chorro relativista" que emiten las estrellas en explosión.

Los estallidos de rayos gamma son el fenómeno electromagnético más poderoso observado en el universo, liberando tanta energía en solo un segundo aproximadamente como liberará el sol durante toda su vida. Aunque fueron descubiertos en 1967, el mecanismo detrás de esta enorme liberación de energía permaneció misterioso durante mucho tiempo. Décadas de estudios finalmente revelaron que un tipo llamado ráfagas largas se origina a partir de chorros relativistas de materia expulsada durante la muerte de estrellas masivas. Sin embargo, Aún se desconoce exactamente cómo se producen los rayos gamma a partir de los chorros.

La investigación actual, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , comenzó a partir de un descubrimiento llamado la relación Yonetoku, que fue elaborado originalmente por uno de los autores del artículo. Esta relación entre el pico de energía espectral y el pico de luminosidad de los GRB es la correlación más estrecha encontrada hasta ahora en las propiedades de la emisión de GRB. Por lo tanto, proporciona el mejor diagnóstico hasta ahora para explicar el mecanismo de emisión, y la prueba más estricta para cualquier modelo de ráfagas de rayos gamma. De paso, la relación también significaba que las ráfagas largas de rayos gamma podrían usarse como una "vela estándar" para medir la distancia, permitiendo a los astrónomos mirar más al pasado que las supernovas de tipo 1A, que se utilizan comúnmente en la actualidad, pero son mucho más tenues. Esto haría posible obtener conocimientos sobre la historia del universo, y podría generar conocimientos sobre misterios como la materia oscura y la energía oscura.

Usando simulaciones por computadora realizadas en varias supercomputadoras, incluido Aterui del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Hokusai de RIKEN, y Cray xc40 del Instituto Yukawa de Física Teórica, el grupo se centró en el llamado modelo de "emisión fotosférica", uno de los modelos líderes para el mecanismo de emisión de GRB. Este modelo postula que los fotones visibles en la tierra se emiten desde la fotosfera del chorro relativista. A medida que el jet se expande se vuelve más fácil para los fotones escapar de su interior, ya que hay menos objetos disponibles para dispersar la luz. Por lo tanto, la "densidad crítica" —el lugar donde es posible que los fotones escapen— se mueve hacia abajo a través del chorro hacia el material que originalmente tenía densidades cada vez más altas.

Para probar la validez del modelo, el equipo se propuso probarlo de una manera que tuviera en cuenta la dinámica global de los chorros relativistas y la transferencia de radiación. Mediante el uso de una combinación de simulaciones hidrodinámicas relativistas tridimensionales y cálculos de transferencia de radiación para evaluar las emisiones fotosféricas de un chorro relativista que sale de la envoltura de una estrella masiva, pudieron determinar que, al menos en el caso de GRB largos, el tipo asociado con este tipo de estrellas masivas en colapso, el modelo funcionó. Sus simulaciones revelaron que la relación Yonetoku podría reproducirse como una consecuencia natural de las interacciones jet-estelar. "Para nosotros, "dice Hirotaka Ito del Cluster for Pioneering Research, "Esto sugiere fuertemente que la emisión fotosférica es el mecanismo de emisión de GRB".

Él continúa, "Si bien hemos dilucidado el origen de los fotones, Todavía hay misterios sobre cómo los propios chorros relativistas son generados por las estrellas que colapsan. Nuestros cálculos deberían proporcionar información valiosa para analizar el mecanismo fundamental detrás de la generación de estos eventos tremendamente poderosos ".