În 1967, oamenii de știință ai NASA au observat ceva ce nu văzuseră niciodată înainte de a veni din spațiul profund. În ceea ce a fost cunoscut sub numele de „Vela Incident”, mai mulți sateliți au înregistrat o rafală Gamma-Ray (GRB) care a fost atât de strălucitoare, a scos pe scurt întreaga galaxie. Având în vedere puterea lor uimitoare și natura de scurtă durată, astronomii au fost dornici să stabilească cum și de ce au loc aceste explozii.
Zeci de ani de observație au dus la concluzia că aceste explozii au loc atunci când o stea masivă trece supernova, dar astronomii nu erau încă siguri de ce s-a întâmplat în unele cazuri și nu în altele. Datorită noilor cercetări efectuate de o echipă de la Universitatea din Warwick, se pare că cheia producerii de GRB se află în sistemele de stele binare - adică o stea are nevoie de un însoțitor pentru a produce cea mai strălucitoare explozie din Univers.
Echipa de cercetare responsabilă de descoperire a fost condusă de Ashley Chrimes - un doctorat. student la Departamentul de Fizică al Universității din Warwick. De dragul studiului lor, echipa a abordat misterul central despre GRB-uri de lungă durată, care este modul în care stelele pot fi rotite suficient de repede pentru a genera genul de explozii care au fost observate.
Pentru a spune succint, GRB-urile apar atunci când stelele masive (de aproximativ zece ori mai mari decât Soarele nostru) merg pe supernova și se prăbușesc într-o stea cu neutroni sau o gaură neagră. În acest proces, straturile exterioare ale stelei sunt aruncate și materialul evacuat se abate într-un disc din jurul rămășiței nou formate pentru a păstra impulsul unghiular. Pe măsură ce acest material se încadrează în interior, acest impuls îl lansează sub formă de jeturi emanate de poli.
Acestea sunt cunoscute sub numele de „jeturi relativiste” datorită modului în care materialul din ele este accelerat pentru a închide viteza luminii. În timp ce GRB-urile sunt cele mai strălucitoare evenimente din Univers, acestea sunt observabile doar de pe Pământ atunci când unul dintre axele lor polare este îndreptat direct către noi - ceea ce înseamnă că astronomii pot vedea doar aproximativ 10-20% dintre ei. De asemenea, sunt foarte scurte pe măsură ce fenomenele astronomice merg, durează oriunde de la o fracțiune de secundă la câteva minute.
În plus, o stea trebuie să se învârtă extrem de rapid pentru a lansa material de-a lungul axelor sale polare, aproape de viteza luminii. Aceasta reprezintă o mulțime pentru astronomi, deoarece stelele pierd de obicei orice rotire pe care o dobândesc foarte repede. Pentru a rezolva aceste întrebări nerezolvate, echipa s-a bazat pe o colecție de modele de evoluție stelară pentru a examina comportamentul stelelor masive pe măsură ce acestea se prăbușesc.
Aceste modele au fost create de Dr. Jan J. Eldridge de la Universitatea din Auckland, Noua Zeelandă, cu asistența cercetătorilor de la Universitatea din Warwick. Combinate cu o tehnică cunoscută sub denumirea de sinteză a populației binare, oamenii de știință au simulat o populație de mii de sisteme stelare pentru a identifica mecanismul prin care se pot produce exploziile rare care produc GRB.
Din aceasta, cercetătorii au putut să constrângă factorii care determină formarea jeturilor relativiste din unele stele care se prăbușesc. Ceea ce au descoperit a fost că efectele de maree, similare cu ceea ce se întâmplă între Pământ și Lună, au fost singura explicație probabilă. Cu alte cuvinte, GRB-urile de lungă durată apar în sistemele binare de stele în care stelele sunt blocate împreună în spinare, creând un efect mare de mare, care grăbește rotația lor.
După cum a explicat Chrimes într-un recent comunicat de presă Warwick:
„Prezicem ce fel de stele sau sisteme produc explozii de raze gamma, care sunt cele mai mari explozii din Univers. Până acum nu era clar ce tip de stele sau sisteme binare aveți nevoie pentru a produce acel rezultat.
“Întrebarea a fost cum o stea începe să se învârtească sau cum își menține rotirea în timp. Am constatat că efectul mareei unei stele asupra partenerului său îi împiedică să încetinească și, în unele cazuri, îi învârte. Aceștia fură energie de rotație de la tovarășul lor, o consecință a acestora fiind că apoi se abate mai departe.
“Ceea ce am stabilit este că majoritatea stelelor se învârt rapid, tocmai pentru că se află într-un sistem binar. "
După cum a subliniat Dr. Elizabeth Stanway - cercetător la Departamentul de Fizică al Universității din Warwick și coautor al studiului -, evoluția binară este cu greu nouă pentru astronomi. Cu toate acestea, tipurile de calcule efectuate de Chrimes și colegii ei nu au mai fost făcute până acum din cauza calculelor complicate implicate. Prin urmare, acest studiu este primul care ia în considerare mecanismele fizice în lucru în cadrul modelelor binare.
„A existat, de asemenea, o mare dilemă cu privire la metalicitatea stelelor care produc explozii de raze gamma”, a spus ea. „Ca astronomi, măsurăm compoziția stelelor, iar calea dominantă pentru exploziile cu raze gamma necesită foarte puțini atomi de fier sau alte elemente grele din atmosfera stelară. A existat un puzzle despre motivul pentru care vedem o varietate de compoziții în stele producând explozii de raze gamma, iar acest model oferă o explicație. "
Datorită acestui ultim studiu și modelului rezultat pe care îl oferă asupra evoluției binare, astronomii vor putea prezice cum ar trebui să arate stelele producătoare de GRB în ceea ce privește temperatura, luminozitatea și proprietățile stelei lor însoțitoare. Privind spre viitor, Chimes și colegii ei speră să exploreze și să modeleze fenomene tranzitorii care rămân un mister pentru astronomi.
Printre acestea se numără Fast Radio Bursts (FRB) și ce le provoacă (în special varietatea care se repetă) sau chiar evenimente mai rare, cum ar fi transformarea stelelor în găuri negre. Studiul care descrie descoperirea lor a apărut în numărul din ianuarie al documentului Avize lunare ale Royal Astronomical Society și a fost finanțat de Consiliul Facilităților de Știință și Tehnologie din Marea Britanie Cercetare și Inovare.
