Зіркам потрібен партнер, щоб розкрутитися до найяскравіших вибухів у Всесвіті

Якщо мова йде про найбільші та найяскравіші вибухи, що спостерігаються у Всесвіті, астрономи виявили, що для гамма-спалаху потрібні дві зірки.

Нове дослідження розгадує таємницю як зірки обертаються досить швидко для того, щоби створити умови для запуску струменя високоенергійного матеріалу в космос, і виявило, що припливні ефекти, як між Місяцем і Землею, є відповіддю на цю таємницю, розповідають в Королівському астрономічному товаристві.

Відкриття було здійснено за допомогою симуляції моделей тисяч бінарних зоряних систем, тобто зоряних систем, в яких дві зірки обертаються одна навколо іншої.

Більше половини всіх зірок знаходяться в бінарних зоряних системах, і це нове дослідження показало, що вони повинні бути в бінарних зоряних системах для утворення масивних вибухів.

Довгий гамма-спалах (GRB), тип, взятий у цьому дослідженні, виникає, коли масивна зірка, приблизно в десять разів більша за наше Сонце, переходить у наднову, колапсує на нейтронну зірку чи чорну діру і вистрілює релятивістський струмінь матеріалу в космос. Замість того, щоб зірка колапсувала радіально всередину, вона сплющується у диск, щоб зберегти кутовий момент. Коли матеріал падає всередину, цей кутовий момент запускає його у вигляді струменя вздовж полярної осі.

Але, щоб сформувати цей струмень матеріалу, зірка повинна обертатися досить швидко, щоб запустити матеріал вздовж осі. Це створює проблему, тому що зірки зазвичай дуже швидко втрачають будь-який оберт, який вони набувають. Моделюючи поведінку цих масивних зірок у міру їх колапсу, дослідники змогли обмежити фактори, які викликають формування струменя.

Вони виявили, що вплив припливів від близького сусіда - той самий ефект, який пов'язує обертами Місяць і Землю - може відповідати за обертання цих зірок зі швидкістю, необхідною для створення гамма-спалаху.

Гамма-спалахи – це найяскравіші події у Всесвіті і спостерігаються із Землі, коли їх струмінь матеріалу спрямований прямо на нас. Це означає, що ми бачимо лише близько 10-20% GRB на нашому небі.

Провідний автор Ешлі Хрімейс, докторант кафедри фізики Університету Уоріка, сказала: "Ми прогнозували, які типи зірок чи систем створюють гамма-сплески, які є найбільшими вибухами у Всесвіті. До сих пір було незрозуміло, які саме типи зірок чи бінарних систем вам потрібні для досягнення цього результату".

"Питання полягало у тому, як зірка починає обертатися, чи підтримує своє обертання з часом. Ми виявили, що вплив припливів зірки на її партнера не дає їм сповільнитись, а в деяких випадках і прискорює їх. Вони крадуть обертальну енергію у свого супутника, наслідком чого є те, що вони потім віддаляються".

"Що ми визначили, так це те, що більшість зірок обертається швидко саме тому, що вони перебувають у бінарній системі".

У дослідженні використовується колекція моделей еволюції бінарних зоряних систем, створених дослідниками з Університету Уоріка та доктором Дж. Дж. Елдріджем з Оклендського університету. Використовуючи методику, яку називають синтезом бінарної популяції, вчені можуть симулювати цей механізм у популяції тисяч зоряних систем і таким чином ідентифікувати рідкісні приклади, коли може статися вибух такого типу.

Доктор Елізабет Стенвей з факультету фізики Університету Уоріка сказала: "У минулому вчені не моделювали бінарну еволюцію детально, тому що це дуже складні розрахунки. В цій роботі розглядався фізичний механізм в рамках тих моделей, які ми раніше не вивчали, що припускає, що бінари можуть виробляти достатню кількість GRB за допомогою цього методу, щоб пояснити кількість, яку ми спостерігаємо".

"Також виникла велика дилема щодо металевості зірок, які виробляють сплески гамма-променів. Як астрономи, ми вимірюємо склад зірок, і домінуючий шлях для утворення гамма-сплесків потребує дуже мало атомів заліза або інших важких елементів у зоряній атмосфері. Виникла загадка, чому ми бачимо різні склади в зірках, що створюють гамма-сплески, і ця модель пропонує пояснення".

Ешлі додала: "Ця модель дозволяє передбачити, як спостережно повинні виглядати ці системи за їх температурою та світністю, та якими можуть бути властивості супутника. Зараз ми зацікавлені в застосуванні цього аналізу для дослідження різних астрофізичних перехідних процесів, таких як швидкі радіо-сплески, і потенційно можемо моделювати більш рідкісні події, такі як чорні діри, що спіралізуються в зірки".

Читайте ще цікаві новини про космос.