M15 har ett dubbelt neutronstjärnsystem som så småningom kommer att slås samman våldsamt. Bildkredit: NOAO Klicka för förstoring
Gamma-ray bursts är de mest kraftfulla explosionerna i universum som avger enorma mängder högenergi strålning. I årtionden var deras ursprung ett mysterium. Forskare tror nu att de förstår processerna som producerar gammastrålar. En ny studie av Jonathan Grindlay från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) och hans kollegor, Simon Portegies Zwart (Astronomical Institute, Nederländerna) och Stephen McMillan (Drexel University), tyder emellertid på en tidigare förbisett källa för vissa gamma- strålskurar: stjärnmöten i kulakluster.
"Så mycket som en tredjedel av alla korta gammastrålar som vi observerar kan komma från sammanslagning av neutronstjärnor i kulakluster," sade Grindlay.
Gamma-ray bursts (GRBs) finns i två distinkta "smaker." Vissa håller upp till en minut, eller till och med längre. Astronomer tror att de långa GRB genereras när en massiv stjärna exploderar i en hypernova. Andra skurar varar bara en bråkdel av en sekund. Astronomer teoretiserar att korta GRB: er har sitt ursprung i kollisionen mellan två neutronstjärnor, eller en neutronstjärna och ett svart hål.
De flesta dubbla neutronstjärnsystem är resultatet av utvecklingen av två massiva stjärnor som redan kretsar runt varandra. Den naturliga åldringsprocessen kommer att leda till att båda blir neutronstjärnor (om de börjar med en given massa), som sedan går i spiral över miljoner eller miljarder år tills de smälter samman och frigör ett gammastrålningsutbrott.
Grindlays forskning pekar på en annan potentiell källa till korta GRB: er - kluster. Globulära kluster innehåller några av de äldsta stjärnorna i universum som är trängda in i ett trångt utrymme bara några ljusår över. Sådana trånga kvarter provocerar många nära stellar möten, varav några leder till stjärnbyte. Om en neutronstjärna med en stjärna följeslagare (som en vit dvärg eller huvudsekvensstjärna) utbyter sin partner med en annan neutronstjärna, kommer det resulterande paret av neutronstjärnor så småningom att spiral tillsammans och kolliderar explosivt och skapar en gammastrålning.
"Vi ser dessa föregångarsystem, som innehåller en neutronstjärna i form av en millisekund pulsar, överallt i kulformiga kluster," sade Grindlay. ”Dessutom är kulakluster så tätt packade att du har många interaktioner. Det är ett naturligt sätt att skapa dubbla neutronstjärnsystem. "
Astronomerna utförde cirka 3 miljoner datasimuleringar för att beräkna frekvensen med vilken dubbla neutronstjärnsystem kan bildas i kulakluster. När de visste hur många som har bildats under galaxens historia, och ungefär hur lång tid det tar för ett system att smälta samman, bestämde de sedan frekvensen för korta gammastrålningsutbrott som förväntas från kulaklusterbinarier. De uppskattar att mellan 10 och 30 procent av alla korta gammastrålar som vi observerar kan vara resultatet av sådana system.
Denna uppskattning tar hänsyn till en nyfiken trend som avslöjats av de senaste observationerna från GRB. Sammanslagningar och därmed brister från så kallade "disk" neutronstjärnabinarier - system skapade av två massiva stjärnor som bildades tillsammans och dog tillsammans - beräknas uppträda 100 gånger oftare än skurar från kulaklusterbinarier. Ändå tenderar de handfulla korta GRB: erna som exakt finns att komma från galaktiska glorier och mycket gamla stjärnor, som förväntat för kulakluster.
"Det finns ett stort bokföringsproblem här," sade Grindlay.
För att förklara avvikelsen föreslår Grindlay att skador från diskbinarier sannolikt kommer att vara svårare att upptäcka eftersom de tenderar att avge strålning i smalare sprängningar som är synliga från färre riktningar. Smalare "strålande" kan komma från kolliderande stjärnor vars snurr är i linje med deras bana, som förväntat för binärer som har varit tillsammans från deras födelse ögonblick. Nya sammanfogade stjärnor, med sina slumpmässiga inriktningar, kan ge ut större spräng när de smälter samman.
"Mer korta GRB kommer antagligen från disksystem - vi ser bara inte dem alla," förklarade Grindlay.
Endast cirka ett halvt dussin korta GRB: er har exakt lokaliserats av gammastrålsatelliter nyligen, vilket gör grundliga studier svåra. I takt med att fler exempel samlas bör källorna till korta GRB förstås mycket bättre.
Uppsatsen som tillkännagav detta fynd publicerades i den 29 januari onlineutgåvan av Nature Physics. Det är tillgängligt online på http://www.nature.com/nphys/index.html och i förtrycksform på http://arxiv.org/abs/astro-ph/0512654.
Huvudkontoret ligger i Cambridge, Mass., Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) är ett gemensamt samarbete mellan Smithsonian Astrophysical Observatory och Harvard College Observatory. CfA-forskare, organiserade i sex forskningsavdelningar, studerar universums ursprung, evolution och slutliga öde.
Originalkälla: CfA News Release
