У 1967 році вчені NASA помітили те, чого вони ніколи не бачили до того, як прийшли з глибокого космосу. У тому, що стало відомим як "Інцидент Вела", численні супутники зареєстрували такий яскравий сплеск Гамма-Рея (GRB), що на короткий час перекрив всю галактику. Враховуючи їхню приголомшливу силу та недовговічність, астрономи прагнули визначити, як і чому відбуваються ці сплески.
Десятиліття спостережень призвели до висновку, що ці вибухи відбуваються, коли масивна зірка переходить наднову, але астрономи все ще не знали, чому це сталося в деяких випадках, а не в інших. Завдяки новим дослідженням команди з Університету Уоріка, виявляється, що ключ до створення ГРБ лежить у бінарних системах зірок - тобто, зірка потребує супутника для того, щоб здійснити найяскравіший вибух у Всесвіті.
Дослідницьку групу, відповідальну за відкриття, очолював Ешлі Хрімейс - доктор наук. студент кафедри фізики університету Уоріка. Заради свого дослідження команда вирішила головну таємницю щодо довготривалих ГРБ, а саме про те, як зірки можна розкручувати досить швидко, щоб генерувати такі вибухи, що спостерігалися.
Якщо говорити коротко, то GRB виникають, коли масивні зірки (приблизно в десять разів більше нашого Сонця) переходять в наднову і обрушуються на нейтронну зірку або чорну діру. У процесі дії зовнішні шари зірки здуваються, і викинутий матеріал сплющується в диск навколо новоствореного залишку для збереження імпульсу кута. Коли цей матеріал падає всередину, цей імпульс запускає його у вигляді струменів, що виходять з полюсів.
Вони відомі як "релятивістські струмені" через те, як прискорюється в них матеріал, щоб закрити швидкість світла. Хоча GRB - це найяскравіші події у Всесвіті, вони спостерігаються із Землі лише тоді, коли одна з їх полярних осей спрямована прямо на нас - це означає, що астрономи можуть бачити лише близько 10-20% з них. Вони також дуже короткі, оскільки астрономічні явища тривають десь від секунди до декількох хвилин.
Крім того, зірка повинна крутитися надзвичайно швидко, щоб запустити матеріал вздовж своїх полярних осей з близькою швидкістю світла. Це являє собою загадку для астрономів, оскільки зірки зазвичай дуже швидко втрачають будь-який виток, який вони набувають. Для вирішення цих невирішених питань команда спиралася на колекцію зоряних еволюційних моделей, щоб вивчити поведінку масивних зірок у міру їх розпаду.
Ці моделі були створені доктором Яном Дж. Елдріджем з Університету Окленда, Нова Зеландія, за сприяння дослідників з Університету Уоріка. У поєднанні з методикою, відомою як синтез бінарної популяції, вчені моделювали популяцію тисяч зіркових систем, щоб визначити механізм, завдяки якому можуть траплятися рідкісні вибухи, які спричиняють ГРБ.
Виходячи з цього, дослідники змогли стримувати фактори, які спричиняють формування релятивістських струменів з деяких зіркових зірок. Вони виявили, що припливи, подібні до того, що відбувається між Землею та Місяцем, були єдиним вірогідним поясненням. Іншими словами, довготривалі ГРБ виникають у двійкових зіркових системах, де зірки замикаються разом у своєму спіні, створюючи потужний припливний ефект, що прискорює їх обертання.
Як Хрімес пояснив у недавньому прес-релізі Уорвіка:
"Ми прогнозуємо, які зірки чи системи створюють гамма-вибухи, які є найбільшими вибухами у Всесвіті. Досі було незрозуміло, які саме зірки чи бінарні системи вам потрібні для досягнення цього результату.
“Питання полягало у тому, як зірка починає крутитися, чи підтримує її віджимання з часом. Ми виявили, що вплив припливів зірки на її партнера не дає їм сповільнитись, а в деяких випадках і повертає їх. Вони крадуть обертальну енергію у свого супутника, наслідком чого є те, що вони потім відпливають далі.
“Ми визначили, що більшість зірок крутиться швидко саме тому, що вони перебувають у бінарній системі ".
Як зазначила доктор Елізабет Стенвей - науковий співробітник відділу фізики Університету Уоріка та співавтор дослідження, бінарна еволюція навряд чи є новою для астрономів. Однак види обчислень, проведених Криміналом та її колегами, ніколи раніше не робили через складні обчислення. Отже, це дослідження першим розглядає фізичні механізми роботи в бінарних моделях.
"Також виникла велика дилема з приводу металевості зірок, які виробляють сплески гамма-променів", - сказала вона. "Як астрономи, ми вимірюємо склад зірок, і домінуючий шлях для вибухів гамма-променів вимагає дуже мало атомів заліза або інших важких елементів у зоряній атмосфері. Існує загадка про те, чому ми бачимо різні композиції на зірках, що створюють гамма-випромінювання, і ця модель пропонує пояснення ».
Завдяки цьому останньому дослідженню та отриманій ним моделі щодо бінарної еволюції астрономи зможуть передбачити, як мають виглядати зірки, що виробляють GRB, щодо температури, освітленості та властивостей зірки-супутника. Дивлячись у майбутнє, Куранс та її колеги сподіваються дослідити та моделювати перехідні явища, які залишаються загадкою для астрономів.
До них відносяться швидкі радіо-спалахи (FRB) і те, що викликає їх (особливо це повторюється різноманітність) або навіть більш рідкісні події, такі як перетворення зірок у чорні діри. Дослідження, яке описує їх знахідку, з’явилось у січневому номері журналу Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства і фінансувався Радою з наукових та технологічних послуг у Великобританії з досліджень та інновацій.
