V roku 1967 vedci NASA zaznamenali niečo, čo nikdy predtým nevideli z hlbokého vesmíru. V tom, čo sa stalo známym ako „Vela Incident“, viaceré satelity zaregistrovali gama-Ray Burst (GRB), ktorý bol taký jasný, nakrátko zatienil celú galaxiu. Astronómovia sa vzhľadom na svoju úžasnú silu a krátkodobú povahu snažili zistiť, ako a prečo k týmto výbuchom dochádza.
Desaťročia pozorovania viedli k záveru, že k týmto explóziám dochádza, keď sa masívna hviezda dostane do supernovy, ale astronómovia si stále neboli istí, prečo sa to stalo v niektorých prípadoch, a nie v iných. Vďaka novému výskumu tímu z University of Warwick sa zdá, že kľúčom k produkcii GRB sú binárne hviezdne systémy - to znamená, že hviezda potrebuje spoločníka, aby vytvorila najjasnejšiu explóziu vo vesmíre.
Výskumný tím zodpovedný za objav bol vedený Ashley Chrimes - Ph.D. študent na Katedre fyziky Univerzity vo Warwicku. Kvôli štúdiu sa tím zaoberal ústredným tajomstvom dlhodobých GRB, čo je spôsob, akým sa dajú hviezdy dostatočne rýchlo roztočiť, aby vyvolali pozorované explózie.
Stručne povedané, GRB sa vyskytujú, keď masívne hviezdy (asi desaťkrát väčšie ako naše Slnko) idú nad supernovu a zrútia sa do neutrónovej hviezdy alebo do čiernej diery. V priebehu tohto procesu sa vonkajšie vrstvy hviezdy odfúknu a vyhadzovaný materiál sa sploští na disk okolo novo vytvoreného zvyšku, aby sa zachovala hybnosť. Keď tento materiál padá dovnútra, tento impulz ho spúšťa vo forme prúdov vychádzajúcich z pólov.
Sú známe ako „relativistické trysky“ kvôli spôsobu, akým je materiál v nich zrýchľovaný, aby obmedzil rýchlosť svetla. Zatiaľ čo GRB sú najjasnejšie udalosti vo vesmíre, sú pozorovateľné zo Zeme iba vtedy, keď je jedna z ich polárnych osí namierená priamo na nás - čo znamená, že astronómovia ich môžu vidieť iba okolo 10 - 20%. Taktiež sú veľmi stručné, keď astronomické javy idú a trvajú od zlomku sekundy po niekoľko minút.
Hviezda sa musí navyše točiť veľmi rýchlo, aby sa materiál mohol dostať pozdĺž svojich polárnych osí blízko rýchlosti svetla. To predstavuje hlavolam pre astronómov, pretože hviezdy zvyčajne strácajú rotáciu, ktorú získajú veľmi rýchlo. Pri riešení týchto nevyriešených otázok sa tím opieral o súbor modelov hviezdneho vývoja, aby preskúmal správanie obrovských hviezd pri ich zrútení.
Tieto modely vytvoril Dr. Jan J. Eldridge z University of Auckland, Nový Zéland, s pomocou výskumných pracovníkov z University of Warwick. V kombinácii s technikou známou ako syntéza binárnej populácie vedci simulovali populáciu tisícok hviezdnych systémov, aby identifikovali mechanizmus, ktorým sa môžu vyskytnúť zriedkavé explózie, ktoré produkujú GRB.
Z tohto dôvodu vedci dokázali obmedziť faktory, ktoré spôsobujú vytváranie relativistických prúdov z niektorých kolabujúcich hviezd. Zistili, že prílivové prílivy, podobné tým, ktoré sa vyskytujú medzi Zemou a Mesiacom, boli jediným pravdepodobným vysvetlením. Inými slovami, GRB s dlhou dobou trvania sa vyskytujú v binárnych hviezdnych systémoch, v ktorých sú hviezdy navzájom uzamknuté v ich rotácii, čo vytvára silný prílivový efekt, ktorý urýchľuje ich rotáciu.
Ako Chrimes vysvetlil v nedávnej tlačovej správe spoločnosti Warwick:
„Predpovedáme, aké hviezdy alebo systémy produkujú výbuchy gama žiarenia, ktoré sú najväčšími explóziami vo vesmíre. Až doteraz nebolo jasné, aký typ hviezd alebo binárnych systémov potrebujete na dosiahnutie tohto výsledku.
“Otázkou bolo, ako sa hviezda začne točiť, alebo si ju udržuje v priebehu času. Zistili sme, že vplyv prílivu a odlivu hviezdy na svojho partnera im bráni v spomalení a v niektorých prípadoch ich rozvíja. Kradnú rotačnú energiu od svojho spoločníka, čoho dôsledkom je, že sa potom unášajú ďalej.
“Zistili sme, že väčšina hviezd sa točí rýchlo práve preto, že sú v binárnom systéme. “
Ako zdôraznila Dr. Elizabeth Stanwayová, výskumníčka na Katedre fyziky University of Warwick a spoluautorka štúdie, pre astronómov je binárna evolúcia sotva nová. Druhy výpočtov, ktoré vykonali Chrimes a jej kolegovia, však ešte nikdy neboli vykonané kvôli komplikovaným výpočtom. Táto štúdia je preto prvou, ktorá zvažuje fyzikálne mechanizmy práce v rámci binárnych modelov.
"Existuje tiež veľká dilema v súvislosti s metalitou hviezd, ktoré produkujú výbuchy gama žiarenia," uviedla. „Ako astronómovia meráme zloženie hviezd a dominantná dráha pre výbuchy gama žiarenia vyžaduje len veľmi málo atómov železa alebo iné ťažké prvky v hviezdnej atmosfére. Zaznamenali sme záhady, prečo v hviezdach vidíme rôzne kompozície, ktoré spôsobujú výbuchy gama žiarenia, a tento model ponúka vysvetlenie.
Vďaka tejto najnovšej štúdii a výslednému modelu, ktorý poskytuje o binárnom vývoji, budú astronómovia schopní predpovedať, ako by mali vyzerať hviezdy produkujúce GRB, pokiaľ ide o teplotu, svietivosť a vlastnosti ich sprievodnej hviezdy. Pri pohľade do budúcnosti Chimes a jej kolegovia dúfajú, že budú skúmať a modelovať prechodné javy, ktoré ostávajú tajomstvom astronómov.
Patria k nim rýchle rádiové zhluky (FRB) a to, čo ich spôsobuje (najmä opakujúca sa rozmanitosť), alebo dokonca zriedkavejšie udalosti, ako je premena hviezd na čierne diery. Štúdia, ktorá opisuje ich zistenia, sa objavila v januárovom čísle Mesačné oznámenia Kráľovskej astronomickej spoločnosti a bol financovaný Radou pre vedecké a technologické zariadenia na britskom výskume a inováciách.
