Godine 1967. NASA-ini znanstvenici primijetili su nešto što nikada prije nisu vidjeli iz dubokog svemira. U onome što je postalo poznato kao "incident Vela", više satelita zabilježilo je tako sjajan prasak gama-Ray (GRB), da je nakratko zasjenio čitavu galaksiju. S obzirom na njihovu strašnu moć i kratkotrajnu prirodu, astronomi su željno utvrdili kako se i zašto odvijaju ovi rafali.
Desetljeća promatranja dovela su do zaključka da se ove eksplozije događaju kada ogromna zvijezda ode u supernove, ali astronomi još uvijek nisu bili sigurni zašto se to događa u nekim slučajevima, a ne u drugim. Zahvaljujući novim istraživanjima tima sa Sveučilišta u Warwicku, čini se da je ključ za stvaranje GRB-a ležao na binarnim sustavima zvijezda - tj. Da je zvijezdi potreban suputnik kako bi se proizvela najsjajnija eksplozija u Svemiru.
Istraživački tim odgovoran za otkriće vodio je Ashley Chrimes - doktor znanosti. studentica na Odjelu za fiziku Sveučilišta Warwick. Za potrebe svoje studije, tim se obratio središnjoj misteriji dugotrajnih GRB-ova, a to je kako se zvijezde mogu dovoljno brzo vrtjeti da nastanu vrsta eksplozija koje su se opazile.
Ukratko, GRB nastaju kada masivne zvijezde (otprilike deset puta veće od našeg Sunca) pređu u supernovu i padnu u neutronsku zvijezdu ili crnu rupu. U tom se procesu vanjski slojevi zvijezde otpuhnu, a izbačeni materijal se složi u disk oko novoformiranog ostatka kako bi se sačuvao kutni zamah. Kako ovaj materijal pada prema unutra, ovaj zamah pokreće ga u obliku mlazeva koji proizlaze iz stupova.
Poznati su kao "relativistički mlazovi" zbog načina na koji se materijal u njima ubrzava kako bi se smanjila brzina svjetlosti. Iako su GRB-ovi najsvjetliji događaji u Svemiru, oni su sa Zemlje uočeni samo kada je jedna od njihovih polarnih osi usmjerena izravno prema nama - što znači da astronomi mogu vidjeti samo oko 10-20% njih. Također su vrlo kratke, dok astronomski fenomeni odlaze, traju bilo od djelića sekunde do nekoliko minuta.
Pored toga, zvijezda se mora vrtjeti izuzetno brzo da bi materijal lansirao duž svojih polarnih osovina pri brzini svjetlosti. To predstavlja zagonetku za astronome, jer zvijezde obično brzo izgube svaki spin koji steknu. Da bi riješio ta neriješena pitanja, tim se oslanjao na kolekciju modela zvjezdanih evolucija kako bi ispitao ponašanje masivnih zvijezda dok se one urušavaju.
Ove modele je stvorio dr. Jan J. Eldridge sa Sveučilišta u Aucklandu, Novi Zeland, uz pomoć istraživača sa Sveučilišta u Warwicku. U kombinaciji s tehnikom poznatom kao sinteza binarne populacije, znanstvenici su simulirali populaciju tisuća zvijezdanih sustava kako bi identificirali mehanizam nastanka rijetkih eksplozija koje stvaraju GRB.
Iz toga su istraživači uspjeli obuzdati čimbenike koji uzrokuju stvaranje relativističkih mlazova iz nekih zvijezda koje se urušavaju. Otkrili su da su efekti plime i oseke, slični onome koji se događa između Zemlje i Mjeseca, jedino vjerovatno objašnjenje. Drugim riječima, dugotrajni GRB-ovi se javljaju u binarnim sustavima zvijezda gdje su zvijezde međusobno zaključane u svom okretanju, što stvara snažan plimski učinak koji ubrzava njihovu rotaciju.
Kao što su Chrimes objasnili u nedavnom priopćenju za Warwick:
„Predviđamo kakve zvijezde ili sustavi proizvode gama zrake, što su najveće eksplozije u svemiru. Do sada nije bilo jasno kakve zvijezde ili binarni sustavi trebate za postizanje tog rezultata.
“Pitanje je bilo kako se neka zvijezda počinje vrtjeti, ili održava svoje okretanje tijekom vremena. Otkrili smo da utjecaj zvijezde plima na svog partnera sprečava ih da usporavaju, a u nekim slučajevima ih okreće. Oni kradu rotacijsku energiju od svog pratioca, a posljedica toga je da oni tada odlaze dalje.
“Ono što smo utvrdili je da se većina zvijezda vrti brzo upravo zato što su u binarnom sustavu. "
Kako je istakla dr. Elizabeth Stanway, istraživačica sa Odjela za fiziku Sveučilišta Warwick i koautorica studije, binarna evolucija teško je nova astronomima. Međutim, vrste izračuna koje su izvršili Chrimes i njezini kolege nikada nisu radili zbog složenih izračuna koji su uključeni u to. Dakle, ova je studija prva koja je razmatrala fizičke mehanizme na djelu unutar binarnih modela.
"Također je postojala velika dilema oko metalnosti zvijezda koje proizvode gama-zrake", rekla je. "Kao astronomi, mjerimo sastav zvijezda i dominantan put za eksplozije gama zraka zahtijeva vrlo malo atoma željeza ili drugih teških elemenata u zvjezdanoj atmosferi. Postojala je zagonetka zašto vidimo razne skladbe u zvijezdama koje proizvode gama zrake, a ovaj model nudi objašnjenje. "
Zahvaljujući ovoj posljednjoj studiji i rezultirajućem modelu koji pruža o binarnoj evoluciji, astronomi će moći predvidjeti kako bi zvijezde koje proizvode GRB trebale izgledati s obzirom na temperaturu, svjetlinu i svojstva svoje suputničke zvijezde. Gledajući u budućnost, Chimes i njezini kolege nadaju se istraživanju i modeliranju prolaznih pojava koje astronomima ostaju misterija.
Tu spadaju brzi radio-rafali (FRB) i ono što ih uzrokuje (osobito ponavljajuća raznolikost) ili još rjeđi događaji poput pretvaranja zvijezda u crne rupe. Studija koja opisuje njihov nalaz pojavila se u januarskom broju časopisa Mjesečne obavijesti Kraljevskog astronomskog društva a financiralo ga je Vijeće za nauku i tehnologiju u UK istraživanju i inovacijama.
