Pada tahun 1967, para saintis NASA melihat sesuatu yang belum pernah mereka lihat sebelum datang dari angkasa lepas. Dalam apa yang kemudian dikenal sebagai "Kejadian Vela", banyak satelit mendaftarkan Gamma-Ray Burst (GRB) yang begitu terang, secara singkat mengalahkan seluruh galaksi. Memandangkan kehebatan mereka yang luar biasa dan sifatnya yang berumur pendek, para astronom sangat bersemangat untuk menentukan bagaimana dan mengapa letusan ini berlaku.
Pengamatan selama bertahun-tahun telah menyebabkan kesimpulan bahawa letupan ini berlaku ketika bintang besar menjadi supernova, tetapi ahli astronomi masih tidak pasti mengapa ia berlaku dalam beberapa kes dan bukan yang lain. Berkat penyelidikan baru oleh pasukan dari University of Warwick, nampaknya kunci untuk menghasilkan GRB adalah dengan sistem bintang binari - iaitu bintang memerlukan pendamping untuk menghasilkan letupan paling terang di Alam Semesta.
Pasukan penyelidik yang bertanggungjawab untuk penemuan itu diketuai oleh Ashley Chrimes - Ph.D. pelajar di University of Warwick Jabatan Fizik. Demi kajian mereka, pasukan ini menangani misteri pusat mengenai GRB jangka panjang, iaitu bagaimana bintang dapat berputar cukup cepat untuk menghasilkan jenis letupan yang telah diperhatikan.
Secara ringkasnya, GRB terjadi ketika bintang besar (kira-kira sepuluh kali ukuran Matahari kita) pergi ke supernova dan runtuh menjadi bintang neutron atau lubang hitam. Dalam prosesnya, lapisan luar bintang diletupkan dan bahan yang dikeluarkan melayang ke cakera di sekitar sisa yang baru terbentuk untuk mengekalkan momentum sudut. Apabila bahan ini jatuh ke dalam, momentum ini melancarkannya dalam bentuk jet yang berasal dari tiang.
Ini dikenal sebagai "jet relativistik" kerana cara bahan di dalamnya dipercepat untuk menutup kecepatan cahaya. Walaupun GRB adalah peristiwa paling terang di Alam Semesta, mereka hanya dapat dilihat dari Bumi apabila salah satu paksi kutubnya dihalakan terus ke arah kita - yang bermaksud ahli astronomi hanya dapat melihat sekitar 10-20% daripadanya. Mereka juga sangat singkat apabila fenomena astronomi berlanjutan, berlangsung dari beberapa saat hingga beberapa minit.
Sebagai tambahan, bintang harus berputar dengan sangat pantas untuk melancarkan bahan di sepanjang paksi kutubnya dengan jarak cahaya yang cepat. Ini mewakili teka-teki bagi ahli astronomi kerana bintang biasanya kehilangan putaran yang mereka perolehi dengan cepat. Untuk mengatasi persoalan yang tidak dapat diselesaikan ini, tim bergantung pada koleksi model evolusi yang luar biasa untuk memeriksa tingkah laku bintang besar ketika mereka runtuh.
Model-model ini diciptakan oleh Dr. Jan J. Eldridge dari University of Auckland, New Zealand, dengan bantuan penyelidik dari University of Warwick. Dikombinasikan dengan teknik yang dikenali sebagai sintesis populasi binari, para saintis mensimulasikan populasi beribu-ribu sistem bintang untuk mengenal pasti mekanisme di mana letupan jarang yang menghasilkan GRB dapat berlaku.
Dari ini, para penyelidik dapat mengekang faktor-faktor yang menyebabkan jet relativistik terbentuk dari beberapa bintang yang runtuh. Apa yang mereka dapati adalah bahawa kesan pasang surut, serupa dengan apa yang berlaku antara Bumi dan Bulan, adalah satu-satunya penjelasan yang mungkin berlaku. Dengan kata lain, GRB jangka panjang berlaku dalam sistem bintang binari di mana bintang terkunci bersama dalam putarannya, mewujudkan kesan pasang surut yang kuat yang mempercepat putarannya.
Seperti yang dijelaskan Chrimes dalam siaran akhbar Warwick baru-baru ini:
"Kami meramalkan jenis bintang atau sistem apa yang menghasilkan ledakan sinar gamma, yang merupakan letupan terbesar di Alam Semesta. Sehingga kini belum jelas jenis bintang atau sistem binari yang anda perlukan untuk menghasilkan hasil tersebut.
“Persoalannya ialah bagaimana bintang mula berputar, atau mengekalkan putarannya dari masa ke masa. Kami mendapati bahawa kesan gelombang bintang terhadap pasangannya menghalangnya daripada melambatkan dan, dalam beberapa kes, ia memusingkannya. Mereka mencuri tenaga putaran dari rakan mereka, akibatnya mereka kemudian menjauh lebih jauh.
“Yang kami tentukan adalah bahawa majoriti bintang berputar dengan cepat kerana ia berada dalam sistem binari. "
Seperti yang ditunjukkan oleh Dr. Elizabeth Stanway - seorang penyelidik dengan Jabatan Fizik Universiti Warwick dan pengarang bersama kajian - evolusi binari hampir tidak baru bagi para astronom. Walau bagaimanapun, jenis pengiraan yang dilakukan oleh Chrimes dan rakan-rakannya tidak pernah dilakukan sebelumnya kerana pengiraan yang rumit terlibat. Oleh itu, kajian ini adalah yang pertama untuk mempertimbangkan mekanisme fizikal yang berfungsi dalam model binari.
"Ada juga dilema besar mengenai logam bintang yang menghasilkan ledakan sinar gamma," katanya. "Sebagai ahli astronomi, kami mengukur komposisi bintang dan jalur dominan untuk pecah sinar gamma memerlukan sangat sedikit atom besi atau unsur berat lain di atmosfera bintang. Terdapat teka-teki mengapa kita melihat pelbagai komposisi di bintang-bintang yang menghasilkan ledakan sinar gamma, dan model ini memberikan penjelasan. "
Berkat kajian terbaru ini dan model yang dihasilkannya mengenai evolusi binari, ahli astronomi dapat meramalkan seperti apa bintang penghasil GRB dari segi suhu, cahaya, dan sifat bintang pendampingnya. Melihat masa depan, Chimes dan rakan-rakannya berharap dapat meneroka dan memodelkan fenomena sementara yang masih menjadi misteri bagi para astronom.
Ini termasuk Fast Radio Bursts (FRBs) dan apa yang menyebabkannya (terutamanya yang berulang) atau peristiwa yang lebih jarang seperti transformasi bintang menjadi lubang hitam. Kajian yang menjelaskan penemuan mereka muncul dalam edisi Januari Makluman Bulanan Persatuan Astronomi Diraja dan dibiayai oleh Majlis Kemudahan Sains dan Teknologi di Penyelidikan dan Inovasi UK.
