M15 ma podwójny układ gwiazd neutronowych, który ostatecznie gwałtownie się połączy. Źródło zdjęcia: NOAO Kliknij, aby powiększyć
Błyski gamma są najpotężniejszymi eksplozjami we wszechświecie, emitującymi ogromne ilości promieniowania o wysokiej energii. Przez dziesięciolecia ich pochodzenie było tajemnicą. Naukowcy uważają teraz, że rozumieją procesy, które powodują rozbłyski gamma. Jednak nowe badanie Jonathana Grindlaya z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) i jego współpracowników, Simona Portegiesa Zwarta (Astronomical Institute, Holandia) i Stephena McMillana (Drexel University), sugeruje wcześniej przeoczone źródło niektórych gamma- wybuchy promieni: spotkania gwiazd w gromadach kulistych.
„Aż jedna trzecia wszystkich krótkich błysków gamma, które obserwujemy, może pochodzić z połączenia gwiazd neutronowych w gromady kuliste”, powiedział Grindlay.
Impulsy gamma (GRB) występują w dwóch różnych „smakach”. Niektóre trwają do minuty lub nawet dłużej. Astronomowie uważają, że te długie GRB powstają, gdy masywna gwiazda eksploduje w hipernowej. Inne serie trwają tylko ułamek sekundy. Astronomowie twierdzą, że krótkie GRB powstają w wyniku zderzenia dwóch gwiazd neutronowych lub gwiazdy neutronowej i czarnej dziury.
Większość podwójnych układów gwiazd neutronowych powstaje w wyniku ewolucji dwóch masywnych gwiazd już krążących wokół siebie. Naturalny proces starzenia spowoduje, że obie staną się gwiazdami neutronowymi (jeśli zaczynają się od danej masy), które następnie spiralnie łączą się przez miliony lub miliardy lat, aż połączą się i uwolnią rozbłysk promieniowania gamma.
Badania Grindlay wskazują na inne potencjalne źródło krótkich GRB - gromady kuliste. Gromady kuliste zawierają niektóre z najstarszych gwiazd we wszechświecie stłoczonych w ciasnej przestrzeni o średnicy zaledwie kilku lat świetlnych. Tak ciasne kwartały wywołują wiele bliskich gwiezdnych starć, z których niektóre prowadzą do zamiany gwiazd. Jeśli gwiazda neutronowa z towarzyszem gwiezdnym (takim jak biały karzeł lub gwiazda o głównej sekwencji) wymieni swojego partnera z inną gwiazdą neutronową, powstająca para gwiazd neutronowych ostatecznie skręci się razem i zderzy się wybuchowo, tworząc wybuch promieniowania gamma.
„Widzimy te układy prekursorowe, zawierające jedną gwiazdę neutronową w postaci pulsara milisekundowego, wszędzie w gromadach kulistych” - stwierdził Grindlay. „Ponadto gromady kuliste są tak ciasno upakowane, że masz wiele interakcji. To naturalny sposób tworzenia podwójnych układów gwiazd neutronowych ”.
Astronomowie przeprowadzili około 3 milionów symulacji komputerowych w celu obliczenia częstotliwości, z jaką podwójne układy neutron-gwiazda mogą tworzyć się w gromadach kulistych. Wiedząc, ilu uformowało się w historii galaktyki i ile czasu zajmuje scalenie systemu, określili następnie częstotliwość krótkich rozbłysków gamma oczekiwanych z binariów gromad kulistych. Szacują, że od 10 do 30 procent wszystkich obserwowanych krótkich błysków gamma może wynikać z takich układów.
Szacunek ten uwzględnia ciekawy trend ujawniony w ostatnich obserwacjach GRB. Fuzje, a tym samym wybuchy z tak zwanych „dyskowych” układów podwójnych gwiazd neutronowych - układów utworzonych z dwóch masywnych gwiazd, które powstały razem i zginęły razem - szacuje się, że występują 100 razy częściej niż wybuchy z układów podwójnych gromad kulistych. Jednak garść krótkich GRB, które zostały dokładnie zlokalizowane, zwykle pochodzą z galaktycznych aureoli i bardzo starych gwiazd, zgodnie z oczekiwaniami dla gromad kulistych.
„Tutaj jest duży problem z księgowością”, powiedział Grindlay.
Aby wyjaśnić tę rozbieżność, Grindlay sugeruje, że wybuchy z plików binarnych dysku są prawdopodobnie trudniejsze do wykrycia, ponieważ mają tendencję do emitowania promieniowania w węższych podmuchach widocznych z mniejszej liczby kierunków. Węższe „promienie” mogą wynikać z kolizji gwiazd, których spiny są wyrównane z ich orbitą, zgodnie z oczekiwaniami dla binariów, które były razem od momentu ich narodzin. Nowo połączone gwiazdy, z ich losowymi orientacjami, mogą emitować szersze wybuchy, gdy się połączą.
„Więcej krótkich GRB prawdopodobnie pochodzi z systemów dyskowych - po prostu nie widzimy ich wszystkich” - wyjaśnił Grindlay.
Ostatnio zaledwie pół tuzina krótkich GRB zostało precyzyjnie zlokalizowanych przez satelity promieniowania gamma, co utrudnia dokładne badania. W miarę gromadzenia kolejnych przykładów źródła krótkich GRB powinny być lepiej zrozumiane.
Artykuł ogłaszający to odkrycie został opublikowany w internetowym numerze Nature Physics z 29 stycznia. Jest dostępny online pod adresem http://www.nature.com/nphys/index.html oraz w formie przedruku na stronie http://arxiv.org/abs/astro-ph/0512654.
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), z siedzibą w Cambridge, Massachusetts, jest wspólną współpracą Smithsonian Astrophysical Observatory i Harvard College Observatory. Naukowcy CfA, zorganizowani w sześć dywizji badawczych, badają pochodzenie, ewolucję i ostateczny los wszechświata.
Oryginalne źródło: CfA News Release
