Năm 1967, các nhà khoa học NASA nhận thấy một thứ mà họ chưa từng thấy trước khi đến từ không gian sâu. Trong những gì đã được biết đến với tên gọi Sự cố Vela, nhiều vệ tinh đã đăng ký một Gamma-Ray Burst (GRB) rất sáng, nó đã nhanh chóng vượt qua toàn bộ thiên hà. Với sức mạnh tuyệt vời của chúng và bản chất ngắn ngủi, các nhà thiên văn học đã háo hức để xác định cách thức và lý do tại sao các vụ nổ này diễn ra.
Nhiều thập kỷ quan sát đã dẫn đến kết luận rằng những vụ nổ này xảy ra khi một ngôi sao khổng lồ đi siêu tân tinh, nhưng các nhà thiên văn học vẫn không chắc chắn tại sao nó xảy ra trong một số trường hợp chứ không phải những trường hợp khác. Nhờ nghiên cứu mới của nhóm nghiên cứu từ Đại học Warwick, dường như chìa khóa để tạo ra GRB nằm trong hệ thống sao nhị phân - tức là một ngôi sao cần có bạn đồng hành để tạo ra vụ nổ sáng nhất trong Vũ trụ.
Nhóm nghiên cứu chịu trách nhiệm về khám phá được dẫn dắt bởi Ashley Chrimes - một tiến sĩ. sinh viên tại Khoa Vật lý của Đại học Warwick. Vì lợi ích của nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã giải quyết bí ẩn trung tâm về GRB trong thời gian dài, đó là cách các ngôi sao có thể quay tròn đủ nhanh để tạo ra vụ nổ đã được quan sát.
Nói một cách ngắn gọn, GRB xảy ra khi các ngôi sao lớn (gấp khoảng mười lần Mặt trời của chúng ta) đi siêu tân tinh và sụp đổ thành sao neutron hoặc lỗ đen. Trong quá trình này, các lớp bên ngoài sao Star bị thổi bay và vật liệu bị đẩy ra làm phẳng thành một đĩa xung quanh tàn dư mới được hình thành để bảo toàn động lượng góc. Khi vật liệu này rơi vào bên trong, động lượng này phóng nó dưới dạng các tia nước phát ra từ các cực.
Chúng được gọi là máy bay phản lực tương đối của Hồi giáo vì cách thức vật chất trong chúng được tăng tốc để đóng tốc độ ánh sáng. Trong khi GRB là sự kiện sáng nhất trong Vũ trụ, chúng chỉ có thể quan sát được từ Trái đất khi một trong các trục cực của chúng hướng thẳng vào chúng ta - điều đó có nghĩa là các nhà thiên văn chỉ có thể nhìn thấy khoảng 10-20% trong số chúng. Chúng cũng rất ngắn gọn khi các hiện tượng thiên văn diễn ra, kéo dài bất cứ nơi nào từ một phần giây đến vài phút.
Ngoài ra, một ngôi sao phải quay cực nhanh để phóng vật liệu dọc theo trục cực của nó với tốc độ ánh sáng. Điều này đại diện cho một câu hỏi hóc búa cho các nhà thiên văn học vì các ngôi sao thường mất bất kỳ vòng quay nào họ có được rất nhanh. Để giải quyết những câu hỏi chưa được giải quyết này, nhóm nghiên cứu đã dựa vào một bộ sưu tập các mô hình tiến hóa sao để kiểm tra hành vi của các ngôi sao lớn khi chúng sụp đổ.
Những mô hình này được tạo ra bởi Tiến sĩ Jan J. Eldridge từ Đại học Auckland, New Zealand, với sự hỗ trợ của các nhà nghiên cứu từ Đại học Warwick. Kết hợp với một kỹ thuật gọi là tổng hợp dân số nhị phân, các nhà khoa học đã mô phỏng một quần thể gồm hàng ngàn hệ sao để xác định cơ chế theo đó các vụ nổ hiếm tạo ra GRB có thể xảy ra.
Từ đó, các nhà nghiên cứu đã có thể hạn chế các yếu tố khiến máy bay phản lực tương đối hình thành từ một số ngôi sao sụp đổ. Những gì họ tìm thấy là các hiệu ứng thủy triều, tương tự như những gì xảy ra giữa Trái đất và Mặt trăng, là lời giải thích duy nhất có khả năng. Nói cách khác, GRB thời gian dài xảy ra trong các hệ sao nhị phân nơi các ngôi sao bị khóa cùng nhau trong vòng quay của chúng, tạo ra hiệu ứng thủy triều mạnh mẽ giúp tăng tốc độ quay của chúng.
Như Chrimes đã giải thích trong một thông cáo báo chí gần đây của Warwick:
Cạn Chúng tôi dự đoán loại sao hoặc hệ thống nào tạo ra vụ nổ tia gamma, đó là vụ nổ lớn nhất trong Vũ trụ. Cho đến bây giờ, nó vẫn chưa rõ loại sao hoặc hệ thống nhị phân nào bạn cần để tạo ra kết quả đó.
“Câu hỏi đặt ra là làm thế nào một ngôi sao bắt đầu quay, hoặc duy trì sự quay của nó theo thời gian. Chúng tôi thấy rằng tác động của thủy triều ngôi sao đối với đối tác của nó đang ngăn họ chậm lại và trong một số trường hợp, nó đang làm chúng quay cuồng. Họ đang đánh cắp năng lượng quay từ người bạn đồng hành của họ, hậu quả của việc đó là sau đó họ trôi xa hơn.
“Những gì chúng tôi đã xác định là phần lớn các ngôi sao đang quay rất nhanh chính xác bởi vì chúng là một hệ thống nhị phân.
Như Tiến sĩ Elizabeth Stanway - một nhà nghiên cứu thuộc Khoa Vật lý của Đại học Warwick và là đồng tác giả của nghiên cứu - đã chỉ ra, tiến hóa nhị phân hầu như không mới đối với các nhà thiên văn học. Tuy nhiên, các loại tính toán được thực hiện bởi Chrimes và các đồng nghiệp của cô chưa bao giờ được thực hiện trước đây vì các tính toán phức tạp liên quan. Do đó, nghiên cứu này là lần đầu tiên xem xét các cơ chế vật lý hoạt động trong các mô hình nhị phân.
Cô cũng đã có một vấn đề nan giải lớn về tính kim loại của các ngôi sao tạo ra vụ nổ tia gamma, cô nói. Là nhà thiên văn học, chúng tôi đo thành phần của các ngôi sao và con đường thống trị cho các vụ nổ tia gamma đòi hỏi rất ít nguyên tử sắt hoặc các nguyên tố nặng khác trong bầu khí quyển sao. Có một câu đố về lý do tại sao chúng ta thấy một loạt các tác phẩm trong các ngôi sao tạo ra vụ nổ tia gamma và mô hình này đưa ra một lời giải thích.
Nhờ nghiên cứu mới nhất này và mô hình kết quả mà nó cung cấp về tiến hóa nhị phân, các nhà thiên văn học sẽ có thể dự đoán các ngôi sao tạo ra GRB sẽ trông như thế nào về nhiệt độ, độ sáng và tính chất của ngôi sao đồng hành của họ. Nhìn về tương lai, Chimes và các đồng nghiệp của cô hy vọng khám phá và mô hình hóa các hiện tượng thoáng qua vẫn còn là một bí ẩn đối với các nhà thiên văn học.
Chúng bao gồm Burst Radio nhanh (FRB) và nguyên nhân gây ra chúng (đặc biệt là sự lặp lại) hoặc thậm chí các sự kiện hiếm hơn như sự biến đổi của các ngôi sao thành các lỗ đen. Nghiên cứu mô tả phát hiện của họ đã xuất hiện trong số tháng 1 của Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia và được tài trợ bởi Hội đồng Cơ sở Khoa học và Công nghệ tại Nghiên cứu và Đổi mới của Vương quốc Anh.
