Το 1967, οι επιστήμονες της NASA παρατήρησαν κάτι που δεν είχαν ξαναδεί πριν προέρχονται από το βαθύ διάστημα. Σε αυτό που έχει γίνει γνωστό ως «Vela Incident», πολλοί δορυφόροι κατέγραψαν ένα Gamma-Ray Burst (GRB) που ήταν τόσο φωτεινό, ξεπέρασε εν συντομία ολόκληρο τον γαλαξία. Λαμβάνοντας υπόψη την εκπληκτική τους δύναμη και τη βραχύβια φύση τους, οι αστρονόμοι ήταν πρόθυμοι να καθορίσουν πώς και γιατί συμβαίνουν αυτές οι εκρήξεις.
Δεκαετίες παρατήρησης οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι αυτές οι εκρήξεις συμβαίνουν όταν ένα τεράστιο αστέρι πηγαίνει σουπερνόβα, αλλά οι αστρονόμοι δεν ήταν ακόμα σίγουροι γιατί συνέβη σε ορισμένες περιπτώσεις και όχι σε άλλες. Χάρη στη νέα έρευνα μιας ομάδας από το Πανεπιστήμιο του Warwick, φαίνεται ότι το κλειδί για την παραγωγή GRBs έγκειται στα δυαδικά συστήματα αστεριών - δηλαδή ένα αστέρι χρειάζεται έναν σύντροφο για να παράγει την πιο φωτεινή έκρηξη στο Σύμπαν.
Η ερευνητική ομάδα που ήταν υπεύθυνη για την ανακάλυψη ήταν επικεφαλής του Ashley Chrimes - Ph.D. φοιτητής στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου του Warwick. Για χάρη της μελέτης τους, η ομάδα αντιμετώπισε το κεντρικό μυστήριο σχετικά με τα GRB μεγάλης διάρκειας, που είναι πώς τα αστέρια μπορούν να περιστραφούν αρκετά γρήγορα για να δημιουργήσουν το είδος των εκρήξεων που έχουν παρατηρηθεί.
Για να το πούμε εν συντομία, οι GRB εμφανίζονται όταν τα τεράστια αστέρια (περίπου δέκα φορές το μέγεθος του Ήλιου μας) πηγαίνουν σουπερνόβα και καταρρέουν σε ένα αστέρι νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα. Στη διαδικασία, τα εξωτερικά στρώματα του αστεριού εκρήγνυται και το υλικό που εκτοξεύεται πετάγεται σε δίσκο γύρω από το πρόσφατα σχηματισμένο υπόλοιπο για να διατηρηθεί η γωνιακή ορμή. Καθώς αυτό το υλικό πέφτει προς τα μέσα, αυτή η ορμή το εκτοξεύει με τη μορφή πίδακες που προέρχονται από τους πόλους.
Αυτά είναι γνωστά ως «σχετικιστικά πίδακες» λόγω του τρόπου με τον οποίο επιταχύνεται το υλικό τους για να κλείσει την ταχύτητα του φωτός. Ενώ τα GRBs είναι τα πιο λαμπρά γεγονότα στο Σύμπαν, μπορούν να παρατηρηθούν μόνο από τη Γη όταν ένας από τους πολικούς άξονες τους δείχνει κατευθείαν σε εμάς - πράγμα που σημαίνει ότι οι αστρονόμοι μπορούν να δουν μόνο περίπου το 10-20% από αυτούς. Είναι επίσης πολύ σύντομα καθώς τα αστρονομικά φαινόμενα πηγαίνουν, διαρκούν οπουδήποτε από το κλάσμα του δευτερολέπτου έως μερικά λεπτά.
Επιπλέον, ένα αστέρι πρέπει να περιστρέφεται εξαιρετικά γρήγορα για να εκτοξεύει υλικό κατά μήκος των πολικών αξόνων του κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Αυτό αντιπροσωπεύει ένα αίνιγμα για τους αστρονόμους, καθώς τα αστέρια συνήθως χάνουν κάθε γύρισμα που αποκτούν πολύ γρήγορα. Για να αντιμετωπίσει αυτές τις άλυτες ερωτήσεις, η ομάδα βασίστηκε σε μια συλλογή αστρικών μοντέλων εξέλιξης για να εξετάσει τη συμπεριφορά των τεράστιων αστεριών καθώς καταρρέουν.
Αυτά τα μοντέλα δημιουργήθηκαν από τον Δρ Jan J. Eldridge από το Πανεπιστήμιο του Ώκλαντ της Νέας Ζηλανδίας, με τη βοήθεια ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Warwick. Σε συνδυασμό με μια τεχνική γνωστή ως σύνθεση δυαδικού πληθυσμού, οι επιστήμονες προσομοίωσαν έναν πληθυσμό χιλιάδων συστημάτων αστεριών για να προσδιορίσουν τον μηχανισμό με τον οποίο μπορούν να συμβούν οι σπάνιες εκρήξεις που παράγουν GRB.
Από αυτό, οι ερευνητές μπόρεσαν να περιορίσουν τους παράγοντες που προκαλούν τη σχετικότητα των αεριωθούμενων αεριωθούμενων αεροπλάνων από μερικά καταρρέοντα αστέρια. Αυτό που βρήκαν ήταν ότι τα παλιρροιακά αποτελέσματα, παρόμοια με αυτά που συμβαίνουν μεταξύ της Γης και της Σελήνης, ήταν η μόνη πιθανή εξήγηση. Με άλλα λόγια, τα GRB μεγάλης διάρκειας συμβαίνουν σε δυαδικά συστήματα αστεριών όπου τα αστέρια είναι κλειδωμένα μαζί στην περιστροφή τους, δημιουργώντας ένα ισχυρό παλιρροιακό αποτέλεσμα που επιταχύνει την περιστροφή τους.
Όπως εξήγησε ο Chrimes σε πρόσφατο δελτίο τύπου Warwick:
«Προβλέπουμε τι είδους αστέρια ή συστήματα παράγουν εκρήξεις ακτίνων γάμμα, οι οποίες είναι οι μεγαλύτερες εκρήξεις στο Σύμπαν. Μέχρι τώρα δεν είναι σαφές τι είδους αστέρια ή δυαδικά συστήματα χρειάζεστε για να δημιουργήσετε αυτό το αποτέλεσμα.
“Το ερώτημα ήταν πώς ένα αστέρι αρχίζει να περιστρέφεται ή διατηρεί το γύρισμα του με την πάροδο του χρόνου. Διαπιστώσαμε ότι η επίδραση της παλίρροιας ενός αστεριού στον σύντροφό του την εμποδίζει να επιβραδυνθεί και, σε ορισμένες περιπτώσεις, τις περιστρέφει. Κλέβουν περιστροφική ενέργεια από τον σύντροφό τους, συνέπεια της οποίας είναι ότι μετά απομακρύνονται.
“Αυτό που έχουμε προσδιορίσει είναι ότι η πλειονότητα των αστεριών περιστρέφεται γρήγορα ακριβώς επειδή βρίσκονται σε δυαδικό σύστημα. "
Όπως επεσήμανε η Dr. Elizabeth Stanway - ερευνητής στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου του Warwick και συν-συγγραφέας της μελέτης, η δυαδική εξέλιξη δεν είναι καθόλου νέα για τους αστρονόμους. Ωστόσο, τα είδη των υπολογισμών που πραγματοποιήθηκαν από την Chrimes και τους συναδέλφους της δεν έχουν γίνει ποτέ πριν, λόγω των περίπλοκων υπολογισμών. Ως εκ τούτου, αυτή η μελέτη είναι η πρώτη που εξετάζει τους φυσικούς μηχανισμούς που λειτουργούν σε δυαδικά μοντέλα.
«Υπήρξε επίσης ένα μεγάλο δίλημμα για τη μεταλλικότητα των αστεριών που προκαλούν εκρήξεις ακτίνων γάμμα», είπε. «Ως αστρονόμοι, μετράμε τη σύνθεση των αστεριών και το κυρίαρχο μονοπάτι για εκρήξεις ακτίνων γάμμα απαιτεί πολύ λίγα άτομα σιδήρου ή άλλα βαριά στοιχεία στην αστρική ατμόσφαιρα. Υπήρξε ένα παζλ για το γιατί βλέπουμε μια ποικιλία συνθέσεων στα αστέρια που παράγουν εκρήξεις ακτίνων γάμμα και αυτό το μοντέλο προσφέρει μια εξήγηση. "
Χάρη σε αυτήν την τελευταία μελέτη και το προκύπτον μοντέλο που παρέχει σχετικά με τη δυαδική εξέλιξη, οι αστρονόμοι θα είναι σε θέση να προβλέψουν πώς θα πρέπει να μοιάζουν τα αστέρια που παράγουν GRB όσον αφορά τη θερμοκρασία, τη φωτεινότητα και τις ιδιότητες του συνοδευτικού τους αστεριού. Κοιτώντας το μέλλον, η Chimes και οι συνεργάτες της ελπίζουν να εξερευνήσουν και να μοντελοποιήσουν παροδικά φαινόμενα που παραμένουν μυστήριο για τους αστρονόμους.
Σε αυτά περιλαμβάνονται τα Fast Radio Bursts (FRBs) και τι τους προκαλεί (ειδικά η επαναλαμβανόμενη ποικιλία) ή ακόμη και πιο σπάνια γεγονότα όπως ο μετασχηματισμός των αστεριών σε μαύρες τρύπες. Η μελέτη που περιγράφει τα ευρήματά τους εμφανίστηκε στο τεύχος Ιανουαρίου του Μηνιαίες ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας και χρηματοδοτήθηκε από το Συμβούλιο Επιστημονικών και Τεχνολογικών Εγκαταστάσεων στο Ηνωμένο Βασίλειο Έρευνα και Καινοτομία.
