Το 1967, οι επιστήμονες της NASA παρατήρησαν κάτι που δεν είχαν ξαναδεί να έρχεται από το βαθύ διάστημα. Σε αυτό που έγινε γνωστό ως « Περιστατικό με κερί », πολλαπλοί δορυφόροι καταχωρημένοι α Έκρηξη ακτίνων γάμμα (GRB) που ήταν τόσο φωτεινό, που για λίγο ξεπέρασε ολόκληρο τον γαλαξία. Δεδομένης της τρομερής τους δύναμης και της βραχύβιας φύσης τους, οι αστρονόμοι ήταν πρόθυμοι να προσδιορίσουν πώς και γιατί γίνονται αυτές οι εκρήξεις.
Δεκαετίες παρατήρησης έχουν οδηγήσει στο συμπέρασμα ότι αυτές οι εκρήξεις συμβαίνουν όταν ένα τεράστιο αστέρι γίνεται σουπερνόβα, αλλά οι αστρονόμοι εξακολουθούσαν να μην είναι σίγουροι γιατί συνέβη σε ορισμένες περιπτώσεις και όχι σε άλλες. Χάρη σε νέα έρευνα από μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Warwick, φαίνεται ότι το κλειδί για την παραγωγή GRBs βρίσκεται στα δυαδικά συστήματα αστεριών – δηλαδή ένα αστέρι χρειάζεται έναν σύντροφο για να δημιουργήσει την πιο φωτεινή έκρηξη στο Σύμπαν.
Επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας για την ανακάλυψη ήταν η Ashley Chrimes – Ph.D. φοιτητής στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου του Warwick. Για χάρη της μελέτης τους, η ομάδα ασχολήθηκε με το κεντρικό μυστήριο σχετικά με τα GRBs μακράς διάρκειας, δηλαδή πώς τα αστέρια μπορούν να περιστρέφονται αρκετά γρήγορα για να δημιουργήσουν το είδος των εκρήξεων που έχουν παρατηρηθεί.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για την ισχυρή έκρηξη ακτίνων γάμμα GRB 190114C. Πίστωση: NASA/ESA
Για να το θέσω συνοπτικά, τα GRBs εμφανίζονται όταν τεράστια αστέρια (περίπου δέκα φορές το μέγεθος του Ήλιου μας) γίνονται σουπερνόβα και καταρρέουν σε αστέρι νετρονίων ή μαύρη τρύπα. Στη διαδικασία, τα εξωτερικά στρώματα του άστρου φουσκώνονται και το εκτοξευόμενο υλικό ισοπεδώνεται σε έναν δίσκο γύρω από το νεοσχηματισμένο υπόλειμμα 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.
Αυτοί είναι γνωστοί ως «σχετικιστικοί πίδακες» λόγω του τρόπου με τον οποίο το υλικό σε αυτούς επιταχύνεται για να κλείσει την ταχύτητα του φωτός. Ενώ τα GRB είναι τα λαμπρότερα γεγονότα στο Σύμπαν, είναι παρατηρήσιμα από τη Γη μόνο όταν ένας από τους πολικούς άξονές τους είναι στραμμένος απευθείας σε εμάς – πράγμα που σημαίνει ότι οι αστρονόμοι μπορούν να δουν μόνο περίπου το 10-20% από αυτά. Είναι επίσης πολύ σύντομες καθώς συμβαίνουν αστρονομικά φαινόμενα, που διαρκούν οπουδήποτε από ένα κλάσμα του δευτερολέπτου έως αρκετά λεπτά.
Επιπλέον, ένα αστέρι πρέπει να περιστρέφεται εξαιρετικά γρήγορα για να εκτοξεύσει υλικό κατά μήκος των πολικών του αξόνων με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Αυτό αντιπροσωπεύει ένα αίνιγμα για τους αστρονόμους, καθώς τα αστέρια συνήθως χάνουν κάθε περιστροφή που αποκτούν πολύ γρήγορα. Για να αντιμετωπίσει αυτά τα άλυτα ερωτήματα, η ομάδα βασίστηκε σε μια συλλογή μοντέλων αστρικής εξέλιξης για να εξετάσει τη συμπεριφορά των ογκωδών αστέρων καθώς καταρρέουν.
Αυτά τα μοντέλα δημιουργήθηκαν από τον Δρ Jan J. Eldridge από το Πανεπιστήμιο του Auckland της Νέας Ζηλανδίας, με τη βοήθεια ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Warwick. Σε συνδυασμό με μια τεχνική γνωστή ως δυαδική σύνθεση πληθυσμού, οι επιστήμονες προσομοίωσαν έναν πληθυσμό χιλιάδων αστρικών συστημάτων για να αναγνωρίσουν τον μηχανισμό με τον οποίο μπορούν να συμβούν οι σπάνιες εκρήξεις που παράγουν GRBs.
Από αυτό, οι ερευνητές μπόρεσαν να περιορίσουν τους παράγοντες που προκαλούν τη δημιουργία σχετικιστικών πίδακες από μερικά αστέρια που καταρρέουν. Αυτό που βρήκαν ήταν ότι τα παλιρροϊκά φαινόμενα, παρόμοια με αυτά που συμβαίνουν μεταξύ της Γης και της Σελήνης, ήταν η μόνη πιθανή εξήγηση. Με άλλα λόγια, τα GRB μακράς διάρκειας εμφανίζονται σε δυαδικά συστήματα αστεριών όπου τα αστέρια είναι κλειδωμένα μαζί στο σπιν τους, δημιουργώντας ένα ισχυρό παλιρροϊκό φαινόμενο που επιταχύνει την περιστροφή τους.
Όπως εξήγησε ο Chrimes σε ένα πρόσφατο Warwick δελτίο τύπου :
«Προβλέπουμε τι είδους αστέρια ή συστήματα παράγουν εκρήξεις ακτίνων γάμμα, που είναι οι μεγαλύτερες εκρήξεις στο Σύμπαν. Μέχρι τώρα δεν ήταν σαφές τι είδους αστέρια ή δυαδικά συστήματα χρειάζεστε για να παράγετε αυτό το αποτέλεσμα.
'Το ερώτημα ήταν πώς ένα αστέρι αρχίζει να περιστρέφεται ή να διατηρεί το γύρισμα του με την πάροδο του χρόνου. Βρήκαμε ότι η επίδραση της παλίρροιας ενός αστεριού στον σύντροφό του το εμποδίζει να επιβραδύνει και, σε ορισμένες περιπτώσεις, το περιστρέφει προς τα πάνω. Κλέβουν περιστροφική ενέργεια από τον σύντροφό τους, συνέπεια της οποίας είναι ότι στη συνέχεια απομακρύνονται περισσότερο.
'Αυτό που προσδιορίσαμε είναι ότι η πλειονότητα των άστρων περιστρέφονται γρήγορα ακριβώς επειδή βρίσκονται σε ένα δυαδικό σύστημα».
Όπως επεσήμανε η Δρ Ελίζαμπεθ Στάνγουεϊ – ερευνήτρια στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου του Γουόρικ 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 που εμπλέκονται. Ως εκ τούτου, αυτή η μελέτη είναι η πρώτη που εξετάζει τους φυσικούς μηχανισμούς που λειτουργούν στα δυαδικά μοντέλα.
Οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα (GRBs) είναι ισχυρές λάμψεις ενεργειακών ακτίνων γάμμα που διαρκούν από λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο έως αρκετά λεπτά. Πίστωση: ESO/A. Ροκέτα
«Υπήρξε επίσης ένα μεγάλο δίλημμα σχετικά με τη μεταλλικότητα των αστεριών που παράγουν εκρήξεις ακτίνων γάμμα», είπε . «Ως αστρονόμοι, μετράμε τη σύνθεση των αστεριών και η κυρίαρχη οδός για τις εκρήξεις ακτίνων γάμμα απαιτεί πολύ λίγα άτομα σιδήρου ή άλλα βαριά στοιχεία στην αστρική ατμόσφαιρα. Υπήρξε ένα παζλ σχετικά με το γιατί βλέπουμε μια ποικιλία συνθέσεων στα αστέρια να παράγουν εκρήξεις ακτίνων γάμμα και αυτό το μοντέλο προσφέρει μια εξήγηση».
Χάρη σε αυτή την πιο πρόσφατη 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 συντρόφου τους αστεριού. Κοιτάζοντας στο μέλλον, η Chimes και οι συνεργάτες της ελπίζουν να εξερευνήσουν και να μοντελοποιήσουν παροδικά φαινόμενα που παραμένουν μυστήριο για τους αστρονόμους.
Αυτά περιλαμβάνουν Γρήγορες ραδιοφωνικές εκρήξεις (FRB) και τι τις προκαλεί (ειδικά η επαναλαμβανόμενη ποικιλία) ή ακόμα πιο σπάνια γεγονότα όπως η μετατροπή των αστεριών σε μαύρες τρύπες. Η μελέτη που περιγράφει τα ευρήματά τους εμφανίστηκε στο τεύχος Ιανουαρίου του the Μηνιαίες Ανακοινώσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας και χρηματοδοτήθηκε από την Συμβούλιο Εγκαταστάσεων Επιστήμης και Τεχνολογίας στο Έρευνα και Καινοτομία στο Ηνωμένο Βασίλειο .
Περαιτέρω ανάγνωση: Πανεπιστήμιο του Warwick , MNRAS