I 1967 merket NASA-forskere noe de aldri før hadde sett fra det dype rom. I det som har blitt kjent som "Vela-hendelsen", registrerte flere satellitter en Gamma-Ray Burst (GRB) som var så lys, det overlistet hele galaksen kort. Gitt deres fantastiske kraft og den kortvarige naturen, har astronomer vært ivrige etter å bestemme hvordan og hvorfor disse utbruddene finner sted.
Observasjonsdekader har ført til konklusjonen at disse eksplosjonene oppstår når en massiv stjerne går supernova, men astronomer var fremdeles usikre på hvorfor det skjedde i noen tilfeller og ikke andre. Takket være ny forskning fra et team fra University of Warwick ser det ut til at nøkkelen til å produsere GRB ligger i binære stjernesystemer - dvs. en stjerne trenger en følgesvenn for å produsere den lyseste eksplosjonen i universet.
Forskningsteamet som var ansvarlig for funnet ble ledet av Ashley Chrimes - en doktorgrad. student ved University of Warwick Department of Physics. For undersøkelsens skyld adresserte teamet det sentrale mysteriet om langvarige GRB-er, som er hvordan stjerner kan bli spunnet opp raskt nok til å generere den type eksplosjoner som er blitt observert.
For å si det kort sagt, forekommer GRB når massive stjerner (omtrent ti ganger så stor som vår sol) går supernova og kollapser i en nøytronstjerne eller svart hull. I prosessen blir stjernens ytre lag blåst av og det kastede materialet flater ned i en plate rundt den nylig dannede rest for å bevare vinkelmoment. Når dette materialet faller innover, lanserer dette momentumet det i form av jetfly som kommer fra polene.
Disse er kjent som “relativistiske jetfly” på grunn av at materialet i dem akselereres for å lukke lysets hastighet. Mens GRB-er er de lyseste hendelsene i universet, er de bare observerbare fra Jorden når en av deres polare akser er rettet direkte mot oss - noe som betyr at astronomer bare kan se rundt 10-20% av dem. De er også veldig korte når astronomiske fenomener går, og varer alt fra en brøkdel av sekund til flere minutter.
I tillegg må en stjerne snurre ekstremt raskt for å sette i gang materiale langs sine polare akser nær lysets hastighet. Dette representerer en conundrum for astronomer siden stjerner vanligvis mister enhver spinn de skaffer seg veldig raskt. For å adressere disse uavklarte spørsmålene, stolte teamet på en samling av stjernemessige evolusjonsmodeller for å undersøke atferden til massive stjerner når de kollapser.
Disse modellene ble laget av Dr. Jan J. Eldridge fra University of Auckland, New Zealand, med hjelp av forskere fra University of Warwick. Kombinert med en teknikk kjent som binær populasjonssyntese, simulerte forskerne en populasjon på tusenvis av stjernesystemer for å identifisere mekanismen der de sjeldne eksplosjonene som produserer GRB kan oppstå.
Fra dette klarte forskerne å begrense faktorene som får relativistiske jetfly til å dannes fra noen kollapsende stjerner. Det de fant var at tidevannseffekter, som ligner på det som skjer mellom jorden og månen, var den eneste sannsynlige forklaringen. Med andre ord forekommer langvarige GRB-er i binære stjernesystemer der stjerner er låst sammen i spinnet, og skaper en kraftig tidevannseffekt som fremskynder rotasjonen.
Som Chrimes forklarte i en fersk pressemelding fra Warwick:
"Vi spår hva slags stjerner eller systemer som produserer gammastråle-bursts, som er de største eksplosjonene i universet. Til nå har det vært uklart hva slags stjerner eller binære systemer du trenger for å produsere dette resultatet.
“Spørsmålet har vært hvordan en stjerne begynner å snurre, eller opprettholder spinnet over tid. Vi fant ut at effekten av tidevannet til en stjerne på partneren sin, hindrer dem i å senke seg, og i noen tilfeller snurrer de dem opp. De stjeler rotasjonsenergi fra kameraten, en konsekvens av at de deretter driver lenger bort.
“Det vi har bestemt er at flertallet av stjernene snurrer raskt nettopp fordi de er i et binært system. "
Som Dr. Elizabeth Stanway - en forsker ved University of Warwick Department of Physics og en medforfatter av studien - påpekte, er binær evolusjon neppe ny for astronomer. Imidlertid har slags beregninger utført av Chrimes og hennes kolleger aldri blitt gjort før på grunn av de kompliserte beregningene som er involvert. Derfor er denne studien den første til å vurdere de fysiske mekanismene som er i arbeid innen binære modeller.
"Det har også vært et stort dilemma over metallisiteten til stjerner som produserer gammastråle-bursts," sa hun. "Som astronomer måler vi sammensetningen av stjerner og den dominerende veien for gammastråle-utbrudd krever svært få jernatomer eller andre tunge elementer i den stellare atmosfæren. Det har vært et puslespill om hvorfor vi ser en rekke sammensetninger i stjernene som produserer gammastråle-bursts, og denne modellen gir en forklaring. "
Takket være denne siste studien og den resulterende modellen den gir om binær evolusjon, vil astronomer være i stand til å forutsi hvordan GRB-produserende stjerner skal se ut med tanke på temperatur, lysstyrke og egenskapene til deres følgesvenn. Ser på fremtiden, håper Chimes og hennes kolleger å utforske og modellere forbigående fenomener som fortsatt er et mysterium for astronomer.
Disse inkluderer Fast Radio Bursts (FRBs) og hva som forårsaker dem (spesielt den gjentagende variasjonen) eller til og med sjeldnere hendelser som transformering av stjerner til sorte hull. Studien som beskriver deres funn dukket opp i januarutgaven av Månedlige merknader fra Royal Astronomical Society og ble finansiert av Science and Technology Facilities Council ved UK Research and Innovation.
