Stjerner har brug for en partner til at dreje universets klareste eksplosioner

Når det kommer til de største og lyseste eksplosioner set i universet, University of Warwick astronomer har fundet ud af, at der skal to stjerner til for at lave et gammastråleudbrud.

Ny forskning løser mysteriet om, hvordan stjerner spinder hurtigt nok til at skabe betingelser for at sende en stråle af meget energisk materiale ud i rummet, og har fundet ud af, at tidevandseffekter som dem mellem Månen og Jorden er svaret.

Opdagelsen, rapporteret i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society , er blevet lavet ved hjælp af simulerede modeller af tusindvis af binære stjernesystemer, det er, solsystemer, der har to stjerner, der kredser om hinanden.

Mere end halvdelen af ​​alle stjerner er placeret i binære stjernesystemer, og denne nye forskning har vist, at de skal være i binære stjernesystemer, for at de massive eksplosioner kan skabes.

Et langt gammastråleudbrud (GRB), den type, der er undersøgt i denne undersøgelse, opstår, når en massiv stjerne omkring ti gange størrelsen af ​​vores sol bliver supernova, kollapser i en neutronstjerne eller et sort hul og affyrer en relativistisk stråle af materiale ud i rummet. I stedet for at stjernen kollapser radialt indad, det flader ned til en skive for at bevare vinkelmomentum. Når materialet falder indad, at vinkelmoment sender den i form af en stråle langs polaraksen.

Men for at danne den stråle af materiale, stjernen skal dreje hurtigt nok til at sende materiale langs aksen. Dette udgør et problem, fordi stjerner normalt mister ethvert spin, de opnår meget hurtigt. Ved at modellere disse massive stjerners opførsel, når de kollapser, forskerne har været i stand til at begrænse de faktorer, der forårsager, at der dannes en stråle.

De fandt ud af, at virkningerne af tidevand fra en tæt nabo - den samme effekt, som har Månen og Jorden låst sammen i deres spin - kunne være ansvarlige for at dreje disse stjerner med den hastighed, der er nødvendig for at skabe et gammastråleudbrud.

Gammastråleudbrud er de mest lysende begivenheder i universet og kan observeres fra Jorden, når deres stråle af materiale peger direkte mod os. Det betyder, at vi kun ser omkring 10-20% af GRB'erne i vores himmel.

Hovedforfatter Ashley Crimes, en ph.d. studerende ved University of Warwick Department of Physics, sagde:"Vi forudsiger, hvilken slags stjerner eller systemer der producerer gammastråleudbrud, som er de største eksplosioner i universet. Indtil nu har det været uklart, hvilken slags stjerner eller binære systemer du skal bruge for at producere det resultat.

"Spørgsmålet har været, hvordan en stjerne begynder at snurre, eller bevarer sit spin over tid. Vi fandt ud af, at virkningen af ​​en stjernes tidevand på dens partner forhindrer dem i at bremse, og i nogle tilfælde, det drejer dem op. De stjæler rotationsenergi fra deres ledsager, en konsekvens af det er, at de så driver længere væk.

"Det, vi har fastslået, er, at størstedelen af ​​stjernerne snurrer hurtigt, netop fordi de er i et binært system."

Undersøgelsen bruger en samling af binære stjerneudviklingsmodeller skabt af forskere fra University of Warwick og Dr. J J Eldridge fra University of Auckland. Ved at bruge en teknik kaldet binær populationssyntese, forskerne er i stand til at simulere denne mekanisme i en population af tusindvis af stjernesystemer og dermed identificere de sjældne eksempler, hvor en eksplosion af denne type kan forekomme.

Dr. Elizabeth Stanway, fra University of Warwick Department of Physics, sagde:"Forskere har ikke modelleret i detaljer for binær evolution i fortiden, fordi det er en meget kompleks beregning at lave. Dette arbejde har betragtet en fysisk mekanisme inden for de modeller, som vi ikke har undersøgt før, det tyder på, at binære filer kan producere nok GRB'er ved hjælp af denne metode til at forklare det antal, vi observerer.

"Der har også været et stort dilemma over metalliciteten af ​​stjerner, der producerer gammastråleudbrud. Som astronomer, vi måler sammensætningen af ​​stjerner, og den dominerende vej for gammastråleudbrud kræver meget få jernatomer eller andre tunge grundstoffer i stjerneatmosfæren. Der har været et puslespil over, hvorfor vi ser en række forskellige sammensætninger i stjernerne, der producerer gammastråleudbrud, og denne model giver en forklaring."

Ashley tilføjede:"Denne model giver os mulighed for at forudsige, hvordan disse systemer skal se ud observationsmæssigt med hensyn til deres temperatur og lysstyrke, og hvad ledsagerens egenskaber sandsynligvis vil være. Vi er nu interesseret i at anvende denne analyse til at udforske forskellige astrofysiske transienter, såsom hurtige radioudbrud, og kan potentielt modellere sjældnere begivenheder såsom sorte huller, der spiraler ind i stjerner."