V roce 1967 si vědci NASA všimli něčeho, co nikdy předtím neviděli, než přicházeli z vesmíru. V tom, co se stalo známým jako „Vela Incident“, několik satelitů zaregistrovalo Gama-Ray Burst (GRB), který byl tak jasný, krátce zastínil celou galaxii. S ohledem na jejich úžasnou sílu a krátkodobou povahu, astronomové dychtili určit, jak a proč k těmto výbuchům dochází.
Desetiletí pozorování vedlo k závěru, že k těmto explozím dochází, když se masivní hvězda dostane nad supernovu, ale astronomové si stále nebyli jisti, proč k tomu v některých případech došlo, a nikoli v jiných. Díky novému výzkumu týmu z University of Warwick se zdá, že klíčem k výrobě GRB jsou binární hvězdné systémy - tj. Hvězda potřebuje společníka, aby vytvořila nejjasnější explozi ve vesmíru.
Výzkumný tým zodpovědný za objev byl veden Ashley Chrimes - Ph.D. student na Katedře fyziky University of Warwick. V zájmu jejich studia se tým zabýval ústředním tajemstvím o dlouhotrvajících GRB, což je způsob, jakým mohou být hvězdy natáčeny dostatečně rychle, aby vyvolaly pozorované exploze.
Stručně řečeno, GRB se objevují, když masivní hvězdy (asi desetkrát větší než naše Slunce) přejdou supernovou a zhroutí se do neutronové hvězdy nebo černé díry. V tomto procesu se vnější vrstvy hvězdy odfouknou a vypuzený materiál se zploští na disk kolem nově vytvořeného zbytku, aby se zachovala hybnost. Jak tento materiál padá dovnitř, tato hybnost ho zahajuje ve formě proudů vycházejících z pólu.
Tito jsou známí jako „relativistické trysky“ kvůli způsobu, jakým je materiál v nich zrychlen, aby uzavřel rychlost světla. Zatímco GRB jsou nejjasnější události ve vesmíru, jsou pozorovatelné ze Země pouze tehdy, když je jedna z jejich polárních os namířena přímo na nás - což znamená, že astronomové mohou vidět pouze asi 10–20% z nich. Jsou také velmi stručné, jak astronomické jevy jdou, trvají od zlomku vteřiny do několika minut.
Kromě toho musí být hvězda točena extrémně rychle, aby mohl materiál vypouštět podél svých polárních os blízko rychlosti světla. To představuje hlavolam pro astronomy, protože hvězdy obvykle ztratí jakoukoli rotaci, kterou získají velmi rychle. Při řešení těchto nevyřešených otázek se tým spoléhal na soubor modelů hvězdných evolucí, aby prozkoumal chování hmotných hvězd, když se zhroutily.
Tyto modely vytvořil Dr. Jan J. Eldridge z University of Auckland, Nový Zéland, s pomocí vědců z University of Warwick. V kombinaci s technikou známou jako syntéza binární populace vědci simulovali populaci tisíců hvězdných systémů, aby identifikovali mechanismus, kterým mohou nastat vzácné exploze, které produkují GRB.
Z toho vědci dokázali omezit faktory, které způsobují vznik relativistických trysek z některých kolabujících hvězd. Zjistili, že přílivové účinky, podobné tomu, co se děje mezi Zemí a Měsícem, byly jediným pravděpodobným vysvětlením. Jinými slovy, GRB s dlouhou dobou výskytu se vyskytují v binárních hvězdných systémech, kde jsou hvězdy ve své rotaci spojeny dohromady, což vytváří silný přílivový efekt, který zrychluje jejich rotaci.
Jak Chrimes vysvětlil v nedávné tiskové zprávě společnosti Warwick:
"Předpovídáme, jaké hvězdy nebo systémy produkují záblesky gama, které jsou největší exploze ve vesmíru." Až dosud nebylo jasné, jaké hvězdy nebo binární systémy potřebujete k dosažení tohoto výsledku.
“Otázkou bylo, jak se hvězda začne točit, nebo si její rotaci v průběhu času udržuje. Zjistili jsme, že vliv přílivu a odlivu hvězdy na jeho partnera je zastavuje v jejich zpomalení a v některých případech je to roztočí. Kradou rotační energii od svého společníka, což má za následek, že se pak unášejí dále.
“Zjistili jsme, že většina hvězd se točí rychle právě proto, že jsou v binárním systému. “
Jak zdůraznila dr. Elizabeth Stanwayová, vědecká pracovnice na Katedře fyziky University of Warwick a spoluautorka studie, pro astronomy je binární evoluce stěží nová. Druhy výpočtů, které provedla Chrimes a její kolegové, však nikdy nebyly provedeny kvůli komplikovaným výpočtům. Tato studie je tedy první, která zvažuje fyzické mechanismy při práci v binárních modelech.
"Existuje také velké dilema ohledně metalicity hvězd, které produkují záblesky gama paprsků," řekla. "Jako astronomové měříme složení hvězd a dominantní dráha pro gama záblesky vyžaduje jen velmi málo atomů železa nebo jiné těžké prvky ve hvězdné atmosféře." Došlo k záhadě, proč ve hvězdách vidíme různé kompozice, které produkují gama záblesky, a tento model nabízí vysvětlení. “
Díky této nejnovější studii a výslednému modelu, který poskytuje pro binární evoluci, budou astronomové schopni předpovídat, jak by hvězdy, které produkují GRB, měly vypadat, pokud jde o teplotu, jas a vlastnosti jejich doprovodné hvězdy. Při pohledu do budoucnosti Chimes a její kolegové doufají, že prozkoumají a modelují přechodné jevy, které zůstávají pro astronomy tajemstvím.
Patří k nim rychlé rádiové burzy (FRB) a to, co je způsobuje (zejména opakující se rozmanitost), nebo dokonce vzácnější události, jako je přeměna hvězd na černé díry. Studie, která popisuje jejich zjištění, se objevila v lednovém čísle Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti a byl financován Radou pro vědecká a technologická zařízení UK Research and Innovation.
