I 1967 bemærkede NASA-forskere noget, de aldrig havde set før, der kom fra det dybe rum. I det, der er blevet kendt som ”Vela-hændelsen”, registrerede flere satellitter en Gamma-Ray Burst (GRB), der var så lys, at den kort overskred hele galaksen. Givet deres fantastiske kraft og den kortvarige natur har astronomer været ivrige efter at bestemme, hvordan og hvorfor disse bursts finder sted.
Observationsårti har ført til konklusionen, at disse eksplosioner opstår, når en massiv stjerne går supernova, men astronomer var stadig usikre på, hvorfor det skete i nogle tilfælde og ikke andre. Takket være ny forskning fra et team fra University of Warwick ser det ud til, at nøglen til at producere GRB'er ligger i binære stjernesystemer - dvs. en stjerne har brug for en ledsager for at producere den lyseste eksplosion i universet.
Forskningsteamet, der var ansvarligt for opdagelsen, blev ledet af Ashley Chrimes - en ph.d. studerende ved University of Warwick Department of Physics. Af hensyn til deres undersøgelse behandlede teamet det centrale mysterium om langvarige GRB'er, som er, hvordan stjerner kan spændes op hurtigt nok til at generere den slags eksplosioner, der er blevet observeret.
For at sige det kortfattet, forekommer GRB'er, når massive stjerner (ca. ti gange så stor som vores sol) går supernova og kollapser i en neutronstjerne eller sort hul. I processen sprænges stjernens ydre lag af, og det kastede materiale flater ned i en disk omkring den nyligt dannede rest for at bevare vinkelmoment. Når dette materiale falder indad, lancerer dette momentum det i form af jetfly, der stammer fra polerne.
Disse er kendt som ”relativistiske jetfly” på grund af den måde, materialet i dem accelereres for at lukke lysets hastighed. Mens GRB'er er de lyseste begivenheder i universet, kan de kun ses fra Jorden, når en af deres polære akser er rettet direkte mod os - hvilket betyder, at astronomer kun kan se omkring 10-20% af dem. De er også meget korte, når astronomiske fænomener går, og varer overalt fra en brøkdel af sekund til flere minutter.
Derudover skal en stjerne dreje ekstremt hurtigt for at udsætte materiale langs sine polære akser tæt på lysets hastighed. Dette repræsenterer et conundrum for astronomer, da stjerner normalt mister enhver spin, de får meget hurtigt. For at imødegå disse uafklarede spørgsmål stod teamet på en samling af stjernemæssige udviklingsmodeller for at undersøge opførelsen af massive stjerner, når de kollapser.
Disse modeller blev oprettet af Dr. Jan J. Eldridge fra University of Auckland, New Zealand, med hjælp fra forskere fra University of Warwick. Kombineret med en teknik, der kaldes binær populationssyntese, simulerede forskerne en befolkning på tusinder af stjernesystemer for at identificere mekanismen, hvorved de sjældne eksplosioner, der producerer GRB'er, kan forekomme.
Fra dette var forskerne i stand til at begrænse de faktorer, der får relativistiske jetfly til at dannes fra nogle sammenbrudte stjerner. Hvad de fandt, var, at tidevandseffekter, svarende til hvad der forekommer mellem Jorden og Månen, var den eneste sandsynlige forklaring. Med andre ord forekommer langvarige GRB'er i binære stjernesystemer, hvor stjerner er låst sammen i deres spin, hvilket skaber en kraftig tidevandseffekt, der fremskynder deres rotation.
Som Chrimes forklarede i en nylig Warwick-pressemeddelelse:
”Vi forudsiger, hvilken slags stjerner eller systemer der producerer gamma-ray burst, som er de største eksplosioner i universet. Indtil nu har det været uklart, hvilken type stjerner eller binære systemer du har brug for for at producere dette resultat.
“Spørgsmålet har været, hvordan en stjerne begynder at snurre eller opretholder sin spin over tid. Vi fandt ud af, at virkningen af en stjernevandstid på sin partner forhindrer dem i at blive langsommere, og i nogle tilfælde snurrer den op. De stjæler rotationsenergi fra deres ledsager, en konsekvens heraf er, at de derefter kører længere væk.
“Det, vi har bestemt, er, at flertallet af stjerner roterer hurtigt, netop fordi de er i et binært system. ”
Som Dr. Elizabeth Stanway - en forsker ved University of Warwick Department of Physics og en medforfatter af undersøgelsen - påpegede, er binær evolution næppe ny for astronomer. Imidlertid har de former for beregninger, der udføres af Chrimes og hendes kolleger, aldrig været foretaget før på grund af de komplicerede beregninger. Derfor er denne undersøgelse den første til at overveje de fysiske mekanismer, der arbejder inden for binære modeller.
”Der har også været et stort dilemma over metalliciteten af stjerner, der producerer gammastråle-bursts,” sagde hun. ”Som astronomer måler vi sammensætningen af stjerner, og den dominerende vej til gammastråle-bursts kræver meget få jernatomer eller andre tunge elementer i den stellare atmosfære. Der har været et puslespil over, hvorfor vi ser en række sammensætninger i stjernerne, der producerer gammastråle-bursts, og denne model giver en forklaring. ”
Takket være denne seneste undersøgelse og den resulterende model, den leverer om binær evolution, vil astronomer være i stand til at forudsige, hvordan GRB-producerende stjerner skal se ud med hensyn til temperatur, lysstyrke og egenskaber for deres ledsagerstjerne. Ser på fremtiden, håber Chimes og hendes kolleger at udforske og modellere forbigående fænomener, der forbliver et mysterium for astronomer.
Disse inkluderer Fast Radio Bursts (FRB'er) og hvad der forårsager dem (især den gentagne sort) eller endda sjældnere begivenheder som omdannelse af stjerner til sorte huller. Undersøgelsen, der beskriver deres fund, optrådte i januarudgaven af Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society og blev finansieret af Science and Technology Facility Council ved UK Research and Innovation.
