В 1967 году ученые НАСА заметили нечто, чего они никогда не видели прежде, из космоса. В том, что стало известно как «Инцидент в Веле», несколько спутников зарегистрировали гамма-всплеск (GRB), который был настолько ярким, что на короткое время затмил всю галактику. Учитывая их удивительную силу и недолговечную природу, астрономы стремились определить, как и почему происходят эти всплески.
Десятилетия наблюдений привели к выводу, что эти взрывы происходят, когда массивная звезда становится сверхновой, но астрономы все еще не были уверены, почему это произошло в одних случаях, а не в других. Благодаря новому исследованию команды из Университета Уорика, кажется, что ключ к созданию GRBs лежит в двойных звездных системах - то есть звезда нуждается в спутнике, чтобы произвести самый яркий взрыв во Вселенной.
Исследовательскую группу, ответственную за открытие, возглавлял Эшли Кримс - доктор философии. студент факультета физики Уорикского университета. Ради их исследования команда обратилась к главной загадке о длительных гамма-всплесках, которые заключаются в том, как звезды могут вращаться достаточно быстро, чтобы произвести вид взрыва, который наблюдался.
Проще говоря, GRB возникают, когда массивные звезды (примерно в десять раз больше нашего Солнца) становятся сверхновыми и коллапсируют в нейтронную звезду или черную дыру. При этом внешние слои звезды сдуваются, а выбрасываемый материал сплющивается в диск вокруг вновь образованного остатка, чтобы сохранить момент импульса. Когда этот материал падает внутрь, этот импульс запускает его в виде струй, исходящих от полюсов.
Они известны как «релятивистские джеты» из-за того, как материал в них ускоряется, чтобы закрыть скорость света. Хотя гамма-всплески являются самыми яркими событиями во Вселенной, они наблюдаются с Земли только тогда, когда одна из их полярных осей направлена прямо на нас - что означает, что астрономы могут видеть только около 10-20% из них. Они также очень кратки, как астрономические явления, продолжаясь где-то от доли секунды до нескольких минут.
Кроме того, звезда должна вращаться очень быстро, чтобы запустить материал вдоль своих полярных осей со скоростью, близкой к скорости света. Это представляет собой загадку для астрономов, поскольку звезды обычно теряют любое вращение, которое они приобретают очень быстро. Чтобы решить эти нерешенные вопросы, команда использовала набор моделей звездной эволюции для изучения поведения массивных звезд при их коллапсе.
Эти модели были созданы доктором Яном Дж. Элдриджем из Университета Окленда, Новая Зеландия, при содействии исследователей из Университета Уорика. В сочетании с техникой, известной как синтез двойной популяции, ученые смоделировали популяцию из тысяч звездных систем, чтобы определить механизм, посредством которого могут происходить редкие взрывы, которые производят GRB.
Из этого исследователи смогли ограничить факторы, которые вызывают релятивистские струи из некоторых коллапсирующих звезд. Они обнаружили, что приливные эффекты, подобные тем, что происходят между Землей и Луной, были единственным вероятным объяснением. Другими словами, долговременные гамма-всплески происходят в двойных звездных системах, где звезды вращаются вместе, создавая мощный приливный эффект, который ускоряет их вращение.
Как объяснил Кримс в недавнем пресс-релизе Warwick:
«Мы предсказываем, какие звезды или системы производят гамма-всплески, которые являются самыми большими взрывами во Вселенной. До сих пор было неясно, какие звезды или двойные системы вам нужны для получения такого результата.
“Вопрос в том, как звезда начинает вращаться или поддерживает свое вращение во времени. Мы обнаружили, что влияние приливов звезды на ее партнера не дает им замедлиться, а в некоторых случаях - ускоряет их. Они крадут энергию вращения у своего спутника, следствием чего является то, что они затем дрейфуют еще дальше.
“Мы определили, что большинство звезд вращаются быстро именно потому, что они находятся в двойной системе ».
Как указала д-р Элизабет Стенуэй, исследователь физического факультета Уорикского университета и соавтор исследования, бинарная эволюция вряд ли является новой для астрономов. Тем не менее, подобные расчеты, выполненные Кримсом и ее коллегами, никогда ранее не выполнялись из-за сложных вычислений. Следовательно, это исследование является первым, чтобы рассмотреть физические механизмы, работающие в рамках бинарных моделей.
«Также возникла большая дилемма по поводу металличности звезд, которые производят гамма-всплески», - сказала она. «Как астрономы, мы измеряем состав звезд, и для доминирующего пути гамма-всплесков требуется очень мало атомов железа или других тяжелых элементов в звездной атмосфере. Возникла загадка, почему мы видим множество композиций в звездах, производящих гамма-всплески, и эта модель предлагает объяснение ».
Благодаря этому последнему исследованию и полученной в результате модели для эволюции бинарников астрономы смогут предсказать, как должны выглядеть звезды, производящие GRB, с точки зрения температуры, яркости и свойств их звезды-компаньона. Заглядывая в будущее, Чимс и ее коллеги надеются исследовать и моделировать переходные явления, которые остаются загадкой для астрономов.
К ним относятся быстрые радиовсплески (FRB) и их причины (особенно повторяющиеся разновидности) или даже более редкие события, такие как превращение звезд в черные дыры. Исследование, которое описывает их обнаружение, появилось в январском выпуске Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества и был профинансирован Советом по науке и технологиям в британском отделе исследований и инноваций.
