Az elmúlt évek kutatási eredményei alapján lassan bontakozik ki a kép a gammavillanások eredetét illetően. Ma igen valószínűnek tűnik, hogy a hosszú lefutású (kb. 2 másodpercnél hosszabb) villanások rendkívül nagytömegű csillagok élete végén bekövetkező, úgynevezett hiprernóva-robbanásokkor történnek.
A rövid lefutású jelenségek pedig akkor következnek be, amikor két neutroncsillag, avagy egy neutroncsillag és egy fekete lyuk ütközik és összeolvad. Erre a korábbi feltételezések szerint olyan kettőscsillag-rendszerekben kerül sor, ahol mindkét tag, élete végén szupernóvaként felrobban, és egy-egy neutroncsillagot hagy hátra. Ezek később egymáshoz közeledhetnek, végül összeolvadhatnak, kiváltva a robbanást. Egy újabb ötlet szerint azonban neutroncsillag-párosok korábban, egymástól független égitestekből, véletlen találkozás alkalmával is keletkezhetnek.
Jonathan Grindlay (CfA) és kollégái hívták fel az utóbbi lehetőségre a figyelmet. A több 100 ezer, illetve millió tagot számláló gömbhalmazok belső vidékein ugyanis igen nagy a csillagsűrűség. Az égitestek itt annyira zsúfoltak, hogy köbfényévenként több tucat, akár 100 csillag is előfordul - míg például a Nap környezetében ugyanez az érték körülbelül 0,1 csillag/köbfényév. A gömbhalmazok sűrű belsejében ezért alkalmanként előállhat a helyzet, hogy két neutroncsillag egymásra találjon.
Ehhez kiindulásként, egy olyan páros szükséges, amely egy neutroncsillagból és egy körülötte keringő normál csillagból, avagy fehér törpéből áll. Ha ekkor, egy ezektől független neutroncsillag megfelelő irányból és sebességgel érkezik, kedvező körülmények esetén érdekes partnercsere történhet. A kisebb tömegű normál csillag vagy fehér törpe kilökődik a rendszerből, és az újonnan érkezett neutroncsillag kerül a helyére. Megfelelő pályaelemek esetén pedig, bizonyos idő után a két neutroncsillag egymásba spirálozhat, összeolvadásukkal rövid gammavillanást létrehozva.
A fenti kutatók számítógépes szimulációk segítségével próbálták megbecsülni, milyen gyakran keletkezhetnek így neutroncsillag-párosok. Mindehhez a gömbhalmazok belső vidékein lehetnek ideális körülmények, ahol a nagy csillagsűrűség mellett, egyéb gravitációs kölcsönhatások miatt, viszonylag sok neutroncsillag lehet. Számításuk alapján, a rövid gammavillanások, mintegy 10-30%-a a gömbhalmazokban így született párosok összeolvadásával történhet.
Két neutroncsillag ütközésének fázisai egy számítógépes szimuláción (fotó: NASA, Dana Berry)
Az eredetileg is együtt keletkezett csillagokból létrejött neutroncsillag párosoknál, közel százszor gyakrabban következhet be összeolvadás és gammavillanás, mint a fentiek szerint, véletlenül egymásra talált kettősöknél. Az észlelések azonban nem utalnak ekkora, közel százszoros különbségre, valószínűleg más magyarázza, miért láthatunk kevesebbet az első típusból. Azon párosoknál, amelyek életüket születésükről kezdve együtt töltötték, a tagok tengelyforgása jól szinkronizálódhatott a keringésükhöz. Összeolvadásuk pillanatában, a körülöttük kialakuló korong miatt, igen keskeny nyalábba fókuszálódik a robbanás sugárzása - és a jelenség csak onnan látható, amerre a nyaláb mutat.
Ezzel ellentétben, a később született neutroncsillag-párosoknál a két tag mozgása nem feltétlenül áll ilyen összhangban. A robbanás nyalábja ezért feltehetőleg gyengébben fókuszálódik, az esemény sugárzását tehát több helyről lehet észrevenni - ezért látunk ezekből a vártnál többet. A fenti elgondolás bizonyításához, természetesen további észlelések szükségesek, eddig még csak néhány rövid gammavillanás pozícióját sikerült olyan pontossággal megállapítani, hogy forrásuk helyét biztosan megbecsüljük.
|
What's New at the CfA |
|
|
|
|
(The following information is from a press release issued by the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, January 30, 2006. The full version of the release is available here.)
Neutron Star Swaps Lead to Short Gamma-ray Bursts
|
This artist's conception shows how a merger of two neutron stars is believed to generate a short gamma-ray burst. (NASA/Dana Berry) |
Gamma-ray bursts are the most powerful explosions in the universe, emitting huge amounts of high-energy radiation. For decades their origin was a mystery. Scientists now believe they understand the processes that produce gamma-ray bursts. However, a new study by CfA astronomer Jonathan Grindlay and his colleagues, Simon Portegies Zwart (Astronomical Institute, The Netherlands) and Stephen McMillan (Drexel University), suggests a previously overlooked source for some gamma-ray bursts: stellar encounters within globular clusters.
"As many as one-third of all short gamma-ray bursts that we observe may come from merging neutron stars in globular clusters," said Grindlay.
Gamma-ray bursts (GRBs) come in two distinct "flavors." Some last up to a minute, or even longer. Astronomers believe those long GRBs are generated when a massive star explodes in a hypernova. Other bursts last for only a fraction of a second. Astronomers theorize that short GRBs originate from the collision of two neutrons stars, or a neutron star and a black hole.
Most double neutron-star systems result from the evolution of two massive stars already orbiting each other. The natural aging process will cause both to become neutron stars (if they start with a given mass), which then spiral together for millions or billions of years until they merge and release a gamma-ray burst.
Grindlay's research points to another potential source of short GRBs: globular clusters. Globular clusters contain some of the oldest stars in the universe crammed into a tight space only a few light-years across. Such tight quarters provoke many close stellar encounters, some of which lead to star swaps. If a neutron star with a stellar companion (such as a white dwarf or main-sequence star) exchanges its partner with another neutron star, the resulting pair of neutron stars will eventually spiral together and collide explosively, creating a gamma-ray burst.
The astronomers performed about 3 million computer simulations to calculate the frequency with which double neutron-star systems can form in globular clusters. Knowing how many have formed throughout the galaxy's history, and approximately how long it takes for a system to merge, they then determined the frequency of short gamma-ray bursts expected from globular cluster binaries. They estimate that between 10 and 30 percent of all short gamma-ray bursts that we observe may result from such systems.
|
(To submit ideas for future editions of "What's New at the CfA," please send email to pubaffairs@cfa.harvard.edu.)
Last modified on Wednesday, 01-Feb-2006 11:42:19 EST
Comments or Questions? Contact www-admin@cfa.harvard.edu |