Vuonna 1967 NASA: n tutkijat huomasivat jotain, mitä he eivät koskaan olleet nähneet tulevansa syvästä avaruudesta. "Vela-tapahtumana" tunnetuksi useat satelliitit rekisteröivät Gamma-Ray Burstin (GRB), joka oli niin kirkas, että se ohitti hetkeksi koko galaksin. Koska heidän mahtava voimansa ja lyhytaikainen luonteensa, tähtitieteilijät ovat innokkaasti selvittäneet, miten ja miksi nämä purskeet tapahtuvat.
Vuosikymmenien ajan havainnot ovat johtaneet siihen johtopäätökseen, että nämä räjähdykset tapahtuvat, kun massiivinen tähti menee supernoovaan, mutta tähtitieteilijät olivat edelleen epävarmoja siitä, miksi se tapahtui joissakin tapauksissa eikä muissa. Warwickin yliopiston ryhmän tekemän uuden tutkimuksen ansiosta näyttää siltä, että avain GRB-levyjen tuottamiseen on binaarisilla tähtijärjestelmillä - ts. Tähti tarvitsee seuralaisen voidakseen tuottaa maailmankaikkeuden kirkkaimman räjähdyksen.
Löytöstä vastaava tutkimusryhmä johti Ph.D. Ashley Chrimesia. Warwickin yliopiston fysiikan laitoksen opiskelija. Tutkimuksensa vuoksi ryhmä käsitteli pitkäkestoisten GRB: ien keskeistä mysteeriä, jolla tähdet voidaan kehrätä riittävän nopeasti tuottamaan havaitut räjähdykset.
Lyhyesti sanottuna, GRB: t tapahtuvat, kun massiiviset tähdet (noin kymmenen kertaa aurinkoomme suuret) menevät supernoovaan ja romahtavat neutronitähtiin tai mustaan reikään. Prosessissa tähden ulkokerrokset puhalletaan pois ja poistettu materiaali tasoittuu kiekkoksi vastamuodostuneen jäännöksen ympärillä kulmavirran säilyttämiseksi. Kun tämä materiaali putoaa sisäänpäin, tämä vauhti laukaisee sen sauvoista tulevien suihkujen muodossa.
Näitä kutsutaan relativistisiksi suihkukoneiksi, koska niissä oleva materiaali kiihdytetään valonopeuden sulkemiseksi. Vaikka GRB: t ovat maailmankaikkeuden kirkkaimpia tapahtumia, ne ovat maapallosta havaittavissa vain silloin, kun yksi niiden napa-akselista on osoitettu suoraan meille - mikä tarkoittaa, että tähtitieteilijät voivat nähdä vain noin 10-20% niistä. Ne ovat myös hyvin lyhyitä tähtitieteellisten ilmiöiden jatkuessa, ja ne kestävät murto-osan sekunnista useisiin minuutteihin.
Lisäksi tähden on pyöritettävä erittäin nopeasti, jotta materiaalia voidaan viedä polarisakseleitaan pitkin lähellä valon nopeutta. Tämä edustaa tähtitieteilijöiden harhautta, koska tähdet menettävät yleensä saamansa spinit nopeasti. Näiden ratkaisemattomien kysymysten ratkaisemiseksi ryhmä luottaa tähtien evoluutiomallien kokoelmaan tutkiakseen massiivisten tähtien käyttäytymistä niiden romahtaessa.
Nämä mallit on luonut tri Jan Jan Eldridge Uuden-Seelannin Aucklandin yliopistosta Warwickin yliopiston tutkijoiden avustuksella. Yhdistettynä tekniikkaan, joka tunnetaan nimellä binaarinen populaatiosynteesi, tutkijat simuloivat tuhansien tähtijärjestelmien populaatiota tunnistaakseen mekanismin, jolla GRB: tä tuottavat harvinaiset räjähdykset voivat tapahtua.
Tämän perusteella tutkijat pystyivät rajoittamaan tekijöitä, jotka aiheuttavat relativististen suihkumuuntimien muodostumisen joistakin romahtavista tähtiistä. He löysivät, että vuorovesivaikutukset, samanlaiset kuin mitä tapahtuu maan ja Kuun välillä, olivat ainoat todennäköiset selitykset. Toisin sanoen, pitkäkestoiset GRB: t tapahtuvat binaarisissa tähtijärjestelmissä, joissa tähdet lukitaan toisiinsa spin-muodossaan, mikä luo voimakkaan vuorovesi-vaikutuksen, joka nopeuttaa niiden pyörimistä.
Kuten Chrimes selitti äskettäisessä Warwick-lehdistötiedotteessa:
”Ennustamme, millaiset tähdet tai järjestelmät tuottavat gammasäteen purskeita, jotka ovat maailmankaikkeuden suurimpia räjähdyksiä. Tähän asti on ollut epäselvää, millaisia tähtiä tai binaarijärjestelmiä tarvitset tuottaaksesi tuloksen.
“Kysymys on ollut siitä, kuinka tähti alkaa pyöriä tai ylläpitää kehräänsä ajan myötä. Huomasimme, että tähden vuoroveden vaikutus kumppaniinsa estää niitä hidastumasta ja joissain tapauksissa se kehittää niitä. He varastavat kiertoenergiaa seuralaiselta, seurauksena siitä, että he ajautuvat sitten kauemmas.
“Olemme päättäneet, että suurin osa tähtiä pyörii nopeasti juuri siksi, että ne ovat binaarisessa järjestelmässä. "
Kuten tohtori Elizabeth Stanway - Warwickin yliopiston fysiikan laitoksen tutkija ja tutkimuksen mukana kirjoittanut - huomautti, binaarikehitys on tuskin uusi tähtitieteilijöille. Chrimesin ja hänen kollegoidensa suorittamia laskelmia ei kuitenkaan ole koskaan tehty aiemmin monimutkaisten laskelmien takia. Siksi tämä tutkimus on ensimmäinen, jossa tarkastellaan fyysisiä mekanismeja työssä binaarimallien sisällä.
"Gamma-säteilypurskeita tuottavien tähtien metallisuudesta on myös ollut suuri ongelma", hän sanoi. ”Tähtitieteilijöinä mitataan tähtijen koostumus ja gammasäteilypurskeiden hallitseva reitti vaatii hyvin vähän rauta-atomeja tai muita raskaita elementtejä tähtien ilmakehässä. Siellä on ollut palapeli, miksi näemme gamma-säteilypurskeissa tähtiä tuottavan erilaisia koostumuksia, ja tämä malli tarjoaa selityksen. "
Tämän viimeisimmän tutkimuksen ja tuloksena olevan mallin, jonka se tarjoaa binaariseen evoluutioon, ansiosta tähtitieteilijät pystyvät ennustamaan, millaisia GRB: tä tuottavien tähtien tulisi näyttää lämpötilan, valoisuuden ja toissijaisen tähden ominaisuuksien suhteen. Tulevaisuuteen katsoen Chimes ja hänen kollegansa toivovat tutkivansa ja mallineen ohimeneviä ilmiöitä, jotka jäävät salaperäiseksi tähtitieteilijöille.
Näitä ovat nopeat radiopurskeet (FRB) ja mikä aiheuttaa niitä (varsinkin toistuvaa variaatiota) tai jopa harvinaisempia tapahtumia, kuten tähteiden muuttuminen mustiksi reikiksi. Heidän löytöjään kuvaava tutkimus ilmestyi Kuukausittaiset ilmoitukset Royal Astronomical Society -tapahtumasta ja sitä rahoitti Yhdistyneen kuningaskunnan tutkimuksen ja innovoinnin tiede- ja teknologialaitosten neuvosto.
