בשנת 1967, מדעני נאס"א הבחינו במשהו שמעולם לא ראו לפני כן שהגיע מהחלל העמוק. במה שכונה "אירוע הוולה", לוויינים מרובים רשמו פרץ גמא-ריי (GRB) שהיה כה בהיר, הוא הקפיץ את כל הגלקסיה בקצרה. בהתחשב בעוצמתם האדירה ובאופי הקצר, אסטרונומים התלהבו לקבוע כיצד ומדוע התפרצויות אלה מתרחשות.
עשרות שנים של תצפית הובילו למסקנה כי פיצוצים אלה מתרחשים כאשר כוכב מסיבי הולך לסופרנובה, אולם אסטרונומים עדיין לא היו בטוחים מדוע זה קרה בחלק מהמקרים ולא באחרים. בזכות מחקרים חדשים של צוות מאוניברסיטת וורוויק, נראה כי המפתח לייצור GRB טמון במערכות כוכבים בינאריות - כלומר כוכב זקוק לבן לוויה בכדי לייצר את הפיצוץ הבהיר ביותר ביקום.
צוות המחקר האחראי על הגילוי הובל על ידי אשלי כרימס - דוקטורט. סטודנט במחלקה לפיזיקה באוניברסיטת וורוויק. לצורך המחקר התייחס הצוות לתעלומה המרכזית בנושא GRBs לאורך זמן, וכך ניתן לכפות את הכוכבים במהירות מספקת כדי ליצור סוג של פיצוצים שנצפו.
אם לומר זאת בתמציתיות, GRBs מתרחשים כאשר כוכבים מאסיביים (בערך פי עשרה מגודל השמש שלנו) עוברים לסופרנובה ומתמוטטים לכוכב נויטרונים או חור שחור. בתהליך, שכבותיו החיצוניות של הכוכב מנופחות והחומר שנפלט מתנפח לדיסק סביב השריד שנוצר לאחרונה כדי לשמור על תנופה זוויתית. כשחומר זה נופל פנימה, המומנטום הזה משגר אותו בצורה של מטוסים הבוקעים מהקטבים.
אלה מכונים "מטוסים רלטיביים" בגלל האופן בו החומר בהם מואץ כדי לסגור את מהירות האור. בעוד ש- GRB הם האירועים הבהירים ביותר ביקום, הם נצפים רק מכדור הארץ כאשר אחד הצירים הקוטביים שלהם מופנה אלינו ישירות - מה שאומר שאסטרונומים יכולים לראות רק כ-10-20% מהם. הם גם קצרים מאוד ככל שמתרחשות תופעות אסטרונומיות, ונמשכות בכל מקום משבריר של שניה למספר דקות.
בנוסף, כוכב צריך להסתובב במהירות רבה כדי לשגר חומר לאורך צירי הקוטב שלו קרוב למהירות האור. זה מייצג מצוקה לאסטרונומים שכן כוכבים בדרך כלל מאבדים כל סיבוב שהם רוכשים במהירות רבה. כדי להתייחס לשאלות הבלתי פתורות הללו, הסתמך הצוות על אוסף של דגמי אבולוציה מהממים בכדי לבחון את התנהגותם של כוכבים מאסיביים בעת קריסתם.
דגמים אלו נוצרו על ידי ד"ר ג'אן ג'יי. אלדרידג 'מאוניברסיטת אוקלנד, ניו זילנד, בסיוע חוקרים מאוניברסיטת וורוויק. בשילוב טכניקה המכונה סינתזת אוכלוסיה בינארית, המדמים הדמו אוכלוסיה של אלפי מערכות כוכבים בכדי לזהות את המנגנון לפיו עלולות להתרחש פיצוצים נדירים המייצרים GRB.
מכאן, החוקרים הצליחו להגביל את הגורמים הגורמים להיווצרות מטוסים רלטיביסטיים מכמה כוכבים קורסים. מה שהם מצאו היה כי השפעות גאות ושפל, בדומה למתרחש בין כדור הארץ לירח, היו ההסבר היחיד. במילים אחרות, GRBs לאורך זמן מופיעים במערכות כוכבים בינאריות בהן הכוכבים ננעלים זה לזה בסיבוב שלהם, ויוצרים אפקט גאות ושפל חזק שמזרז את סיבובם.
כפי שהסביר כרימס בהודעה לעיתונות של וורוויק לאחרונה:
"אנו חוזים איזה סוג של כוכבים או מערכות מייצרים התפרצויות קרני גאמא, שהם הפיצוצים הגדולים ביותר ביקום. עד עכשיו לא היה ברור איזה סוג של כוכבים או מערכות בינאריות אתה צריך כדי לייצר את התוצאה.
“השאלה הייתה כיצד כוכב מתחיל להסתובב, או שומר על הסיבוב שלו לאורך זמן. גילינו שההשפעה של גאות ושפל של כוכב על בן זוגה מונעת את האטה של אותם, ובמקרים מסוימים היא מסובבת אותם. הם גונבים אנרגיה סיבובית מבן זוגם, וכתוצאה מכך הם נסחפים הלאה.
“מה שקבענו הוא שרוב הכוכבים מסתובבים במהירות בדיוק בגלל שהם במערכת בינארית. "
כפי שציין ד"ר אליזבת סטנוויי - חוקרת במחלקה לפיזיקה של אוניברסיטת וורוויק וסופרת משותפת למחקר - אבולוציה בינארית כמעט אינה חדשה עבור אסטרונומים. עם זאת, סוגי החישובים שבוצעו על ידי כרימס ועמיתיה מעולם לא נעשו בעבר בגלל החישובים המסובכים הכרוכים בכך. מכאן שמחקר זה הוא הראשון ששקול את המנגנונים הפיזיים העובדים במודלים בינאריים.
"הייתה גם דילמה גדולה ביחס למטאליות של כוכבים המייצרים התפרצויות קרני גאמא," אמרה. "כאסטרונומים אנו מודדים את הרכב הכוכבים והמסלול הדומיננטי להתפרצות קרני gamm דורש מעט מאוד אטומי ברזל או יסודות כבדים אחרים באטמוספירה הכוכבית. הייתה חידה מדוע אנו רואים מגוון קומפוזיציות בכוכבים המייצרים פרצי קרני גאמא, והמודל הזה מציע הסבר. "
בזכות המחקר האחרון והמודל המתקבל שהוא מספק על התפתחות בינארית, אסטרונומים יוכלו לחזות כיצד נראים כוכבים המייצרים GRB במונחים של טמפרטורה, בהירות ותכונות הכוכב המלווה שלהם. במבט לעתיד, צ'יימס ועמיתיה מקווים לחקור ולדגמן תופעות חולפות שנותרו תעלומה לאסטרונומים.
אלה כוללים פרצי רדיו מהירים (FRB) ומה גורם להם (במיוחד המגוון החוזר) או אפילו אירועים נדירים יותר כמו הפיכת כוכבים לחורים שחורים. המחקר המתאר את ממצאיהם הופיע בגיליון ינואר של כתב העת הודעות חודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומיה והיא מומנה על ידי מועצת מתקני המדע והטכנולוגיה במחקר וחדשנות בבריטניה.
