Leta 1967 so znanstveniki NASA opazili nekaj, česar še nikoli niso videli, da prihaja iz globokega vesolja. V tistem, kar je postalo znano kot ' Incident pri svečah «, registriranih več satelitov a Izbruh gama žarkov (GRB), ki je bil tako svetel, da je za kratek čas zasenčil celotno galaksijo. Glede na njihovo izjemno moč in kratkotrajno naravo so astronomi želeli ugotoviti, kako in zakaj se ti izbruhi zgodijo.
Desetletja opazovanj so pripeljala do zaključka, da se te eksplozije zgodijo, ko ogromna zvezda postane supernova, vendar astronomi še vedno niso bili prepričani, zakaj se je to zgodilo v nekaterih primerih in ne. Zahvale gredo nove raziskave ekipa z Univerze v Warwicku se zdi, da je ključ do proizvodnje GRB-jev v binarnih zvezdnih sistemih – to pomeni, da zvezda potrebuje spremljevalca, da povzroči najsvetlejšo eksplozijo v vesolju.
Raziskovalno skupino, odgovorno za odkritje, je vodila Ashley Chrimes – dr. študent na oddelku za fiziko Univerze v Warwicku. Zaradi svoje študije je ekipa obravnavala osrednjo skrivnost o dolgotrajnih GRB-jih, to je, kako se zvezde lahko zavrtijo dovolj hitro, da ustvarijo eksplozije, ki so jih opazili.
Umetnikov vtis močnega izbruha gama žarkov GRB 190114C. Zasluge: NASA/ESA
Če povedano jedrnato, se GRB pojavijo, ko masivne zvezde (približno desetkrat večje od našega Sonca) postanejo supernova in se zrušijo v nevtronsko zvezdo ali črno luknjo. Pri tem se zunanje plasti zvezde odpihnejo in izvrženi material se splošči v disk okoli novonastalega ostanka, da ohrani kotni zagon. Ko ta material pade navznoter, ga ta zagon sproži v obliki curkov, ki izhajajo iz polov.
Ti so znani kot 'relativistični curki' zaradi načina, kako se material v njih pospešuje, da zmanjša hitrost svetlobe. Medtem ko so GRB najsvetlejši dogodki v vesolju, jih je mogoče opazovati z Zemlje le, če je ena od njihovih polarnih osi usmerjena neposredno proti nam – kar pomeni, da jih lahko astronomi vidijo le okoli 10-20%. Prav tako so zelo kratki, ko gredo astronomski pojavi, ki trajajo od delčka sekunde do nekaj minut.
Poleg tega se mora zvezda vrteti izjemno hitro, da lahko izstreli material vzdolž svojih polarnih osi s hitrostjo blizu svetlobe. To predstavlja uganko za astronome, saj zvezde običajno zelo hitro izgubijo vrtenje, ki ga pridobijo. Za obravnavo teh nerešenih vprašanj se je ekipa zanašala na zbirko modelov evolucije zvezd, da bi preučila vedenje masivnih zvezd, ko se sesujejo.
Te modele je ustvaril dr. Jan J. Eldridge z Univerze v Aucklandu, Nova Zelandija, s pomočjo raziskovalcev z Univerze v Warwicku. V kombinaciji s tehniko, znano kot binarna populacijska sinteza, so znanstveniki simulirali populacijo tisočerih zvezdnih sistemov, da bi identificirali mehanizem, s katerim se lahko pojavijo redke eksplozije, ki proizvajajo GRB.
Na podlagi tega so raziskovalci lahko omejili dejavnike, ki povzročajo nastanek relativističnih curkov iz nekaterih kolapsirajočih zvezd. Ugotovili so, da so učinki plimovanja, podobni tistim, ki se dogajajo med Zemljo in Luno, edina verjetna razlaga. Z drugimi besedami, dolgotrajni GRB se pojavljajo v binarnih zvezdnih sistemih, kjer so zvezde zaklenjene skupaj v svojem vrtenju, kar ustvarja močan učinek plimovanja, ki pospeši njihovo vrtenje.
Kot je Chrimes pojasnil v nedavnem Warwicku izjava za javnost :
»Napovedujemo, kakšne zvezde ali sistemi povzročajo izbruhe gama žarkov, ki so največje eksplozije v vesolju. Do zdaj ni bilo jasno, kakšne zvezde ali binarne sisteme potrebujete za ta rezultat.
'Vprašanje je bilo, kako se zvezda začne vrteti ali ohranja svoj vrtenje skozi čas. Ugotovili smo, da učinek plime in oseke zvezde na partnerja preprečuje, da bi se upočasnili, v nekaterih primerih pa jih tudi zavrti. Svojemu spremljevalcu kradejo rotacijsko energijo, posledica tega je, da se nato oddaljijo.
'Ugotovili smo, da se večina zvezd hitro vrti ravno zato, ker so v binarnem sistemu.'
Kot je poudarila dr. Elizabeth Stanway – raziskovalka na oddelku za fiziko Univerze v Warwicku in soavtorica študije –, binarna evolucija za astronome skorajda ni nova. Vendar pa vrste izračunov, ki so jih izvedli Chrimes in njeni kolegi, zaradi zapletenih izračunov, ki so bili vključeni, še nikoli niso bili opravljeni. Zato je ta študija prva, ki obravnava fizične mehanizme, ki delujejo v binarnih modelih.
Izbruhi gama žarkov (GRB) so močni utripi energijskih žarkov gama, ki trajajo od manj kot sekunde do nekaj minut. Zasluge: ESO/A. Roquette
'Pojavila se je tudi velika dilema glede metaličnosti zvezd, ki proizvajajo izbruhe gama žarkov,' je rekel . 'Kot astronomi merimo sestavo zvezd in prevladujoča pot za izbruhe gama žarkov zahteva zelo malo atomov železa ali drugih težkih elementov v zvezdni atmosferi. Pojavila se je uganka, zakaj vidimo različne kompozicije v zvezdah, ki proizvajajo izbruhe gama žarkov, in ta model ponuja razlago.'
Zahvaljujoč tej najnovejši študiji in posledičnemu modelu, ki ga zagotavlja o binarni evoluciji, bodo astronomi lahko napovedali, kako naj bi izgledale zvezde, ki proizvajajo GRB, glede na temperaturo, svetilnost in lastnosti njihove spremljevalne zvezde. Če pogledamo v prihodnost, Chimes in njeni sodelavci upajo, da bodo raziskali in modelirali prehodne pojave, ki ostajajo skrivnost za astronome.
Sem spadajo hitri radijski izbruhi (FRB) in kaj jih povzroča (zlasti ponavljajoča se raznolikost) ali celo redkejši dogodki, kot je preobrazba zvezd v črne luknje. Študija, ki opisuje njihovo ugotovitev, se je pojavila v januarski številki revije Mesečna obvestila Kraljevega astronomskega društva in ga je financiral Svet za znanost in tehnologijo pri Raziskave in inovacije v Združenem kraljestvu .
Nadaljnje branje: Univerza v Warwicku , MNRAS
