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天文学家发现了宇宙最明亮爆炸的秘密成分

时间：2022-03-22 13:25:11 来源：

艺术家对伽马射线的印象是由绕星运行的双星爆发的。

当谈到宇宙中发生的最大最明亮的爆炸时，华威大学的天文学家发现，需要两颗恒星才能产生伽马射线爆发。

新的研究解决了恒星如何足够快地旋转以创造条件将高能物质射流发射到太空的奥秘，并且发现诸如月球和地球之间的潮汐效应就是答案。

这项发现是在《皇家天文学会月报》中报道的，它是利用数千个双星系统的模拟模型做出的，即具有两个彼此围绕运行的恒星的太阳系。

所有恒星中超过一半的恒星位于双星系统中，这项新研究表明，为了产生大规模爆炸，它们必须位于双星系统中。

一项长伽马射线爆发（GRB），是在这项研究中检测到的类型，发生在质量大约是我们太阳大小十倍的巨大恒星进入超新星，坍塌成中子星或黑洞并向空间发射相对论射流时发生的。恒星不是向下径向向内塌陷，而是向下变平成一个圆盘以保留角动量。当材料向内下落时，该角动量会沿极轴以射流的形式将其启动。

但是为了形成这种物质射流，恒星必须足够快地旋转，才能沿轴发射物质。这带来了一个问题，因为恒星通常会失去很快捕获的任何自旋。通过对这些大质量恒星坍缩的行为进行建模，研究人员已经能够限制导致急流形成的因素。

他们发现，来自近邻的潮汐的影响（与使月亮和地球自旋在一起的效果相同）可能是造成这些恒星以产生伽马射线爆发所需的速度旋转的原因。

伽马射线爆发是宇宙中最发光的事件，当它们的物质射流直接对准我们时，可以从地球上观察到。这意味着我们在天空中仅看到约10-20％的GRB。

主要作者Ashley Chrimes，博士学位。华威大学物理系的学生说：“我们正在预测哪种恒星或系统会产生伽马射线爆发，这是宇宙中最大的爆炸。到目前为止，尚不清楚您需要哪种恒星或双星系统才能产生这种结果。

“问题在于恒星如何开始旋转，或随着时间的推移保持其旋转。我们发现，明星潮汐对其伙伴的影响正在阻止他们放慢脚步，在某些情况下，它正在使它们旋转起来。他们从同伴那里窃取旋转能量，其结果是他们随后漂移得更远。

“我们确定的是，大多数恒星的旋转速度正好是因为它们处于双星系统中。”

这项研究使用了由Warwick大学的研究人员和奥克兰大学的J J Eldridge博士创建的二进制恒星演化模型的集合。使用一种称为二元总体合成的技术，科学家们可以在成千上万的恒星系统中模拟这种机制，从而确定出可能发生这种类型爆炸的罕见例子。

华威大学物理系的伊丽莎白·斯坦威博士说：“过去，科学家没有为二进制进化建立详细的模型，因为这是一个非常复杂的计算。这项工作考虑了我们之前未研究过的那些模型中的物理机制，这表明二进制文件可以使用此方法生成足够的GRB来解释我们正在观察的数字。

“产生伽马射线爆发的恒星的金属性也存在很大的困境。作为天文学家，我们测量恒星的组成，并且伽马射线爆发的主要途径几乎不需要恒星大气中的铁原子或其他重元素。我们为何在恒星中看到各种各样的成分会产生伽马射线爆发，这令人困惑，这种模式提供了解释。”

Ashley添加了：“该模型使我们能够从温度和发光度以及同伴的性质可能的角度观察这些系统的外观。现在，我们有兴趣将这种分析应用于探索不同的天体瞬变，例如快速的无线电脉冲爆发，并有可能对罕见的事件（例如黑洞旋成恒星）进行建模。”

参考：A A Chrimes，E R Stanway和J J Eldridge撰写的“核心塌陷伽玛射线爆发祖细胞的二进制种群合成模型”，皇家天文学会月刊，2019年11月20日。DOI：
10.1093 / mnras / stz3246

作者得到了科学技术设施委员会的资助。


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