LHAASO: интервалы между 172 фотонами ТэВ-диапазона от GRB 221009A следуют степенному закону

Исследователи из Цюйфуского педагогического университета (Китай) под руководством проф. Шуан-Си И статистически проанализировали времена прихода 172 фотонов тераэлектронвольтного диапазона от гамма-всплеска GRB 221009A. Фотоны зарегистрировал массив KM2A китайской обсерватории LHAASO. Всплеск был зафиксирован 9 октября 2022 года, его излучение прошло около 2,4 млрд световых лет. Результаты опубликованы в «Astronomy and Astrophysics» aanda.orgAstronomy and Astrophysicsaanda.orgОткрыть источник ↗.

Команда вычислила время между каждой парой последовательных фотонов. Для независимых событий с постоянной скоростью поступления времена ожидания подчинялись бы экспоненциальному распределению. Измеренное распределение от него отклоняется.

Времена ожидания и критическое поведение

У фотонов обнаружены черты, напоминающие самоорганизованную критическую систему: степенное распределение и масштабная инвариантность в распределении времён ожидания. Такие системы часто иллюстрируют песчаной горкой перед лавиной, где малые причины запускают события очень разного масштаба. Степенное распределение времён ожидания согласуется с предсказанием для нестационарного процесса.

Для второго набора данных анализ ограничили 143 фотонами, зарегистрированными в интервале от 230 до 900 секунд после сигнала всплеска. Такой отбор должен был уменьшить возможный фон и проверить, сохраняется ли картина в основной фазе. В обеих выборках степенное распределение описывало данные заметно лучше экспоненциального: длинные промежутки встречались относительно чаще, чем в простой случайной модели.

Расхождение с теорией и возможные причины

Связь между наклонами степенного распределения времён ожидания и масштабно-инвариантными характеристиками q-гауссова распределения Цаллиса отклоняется от существующей теории aanda.orgAstronomy and Astrophysicsaanda.orgОткрыть источник ↗. Авторы предполагают, что причина в том, что фотоны не вполне независимы друг от друга. Поэтому измеренную картину нельзя просто отнести к типичному случаю самоорганизованной критичности.

Результаты говорят против модели полностью независимых фотонных событий с постоянной скоростью рождения. Однако они не доказывают ни прямого взаимного влияния фотонов, ни конкретного механизма: степенные законы может давать и скорость излучения, меняющаяся со временем.

Опираясь на другие исследования, авторы предлагают, что частично магнитно-доминируемая компонента и непрерывная подача энергии от центральной машины могут вести к отклонению тераэлектронвольтного послесвечения от простого процесса, где доминирует внешняя ударная волна. Это порождало бы описанные выше черты самоорганизованной критичности. Действительно ли за этим стоят магнитные процессы или продолжающийся приток энергии, должны выяснить новые наблюдения и модельные расчёты.