Астрономы наблюдали образование атомов тяжелых элементов после столкновения двух нейтронных звезд, что дало первый взгляд на микроскопическую физику этих экстремальных космических событий. Это событие, произошедшее на расстоянии 130 миллионов световых лет от Земли, вызвало мощный взрыв, который создал самую маленькую черную дыру, когда-либо наблюдавшуюся, и предоставил подробную хронологическую картину прошлого, настоящего и будущего образования тяжелых атомов.
Нейтронные звезды — это остатки массивных звезд (массой от 7 до 19 солнечных), которые рухнули сами на себя из-за истощения термоядерного топлива. Их внешние слои выбрасываются при взрыве сверхновой, оставляя после себя сверхплотное ядро, которое концентрирует эквивалент двух солнечных масс в сфере диаметром около 20 километров. Гравитационный коллапс атомного ядра заставляет электроны и протоны объединяться, образуя нейтроны, отсюда и название.
Некоторые нейтронные звезды встречаются в двойных звездных системах, состоящих либо из целой звезды, либо из звезды, достаточно массивной, чтобы служить второй нейтронной звездой. Если бы последние не были выброшены взрывом сверхновой первой, они вращались бы вокруг друг друга, создавая рябь в пространстве-времени или гравитационные волны из-за своей чрезвычайно высокой плотности.
Когда угловой момент системы (сохраняющийся вектор, который описывает общее состояние вращения системы) уменьшается, а орбиты сближаются, две нейтронные звезды сближаются. В результате гравитационные волны распространяются в пространстве все быстрее и быстрее, пока звезды не оказываются настолько близко, что сталкиваются и сливаются. В результате происходит мощный взрыв, называемый килоновой, который, как полагают, ответственен за образование тяжелых элементов, таких как золото и платина (тяжелее железа.
Однако подробно этот процесс никогда не описывался. Команда Центра космического рассвета при Институте Нильса Бора при Копенгагенском университете впервые подробно отследила образование этих элементов, объединив измерения света, излучаемого килоновыми звездами, с помощью нескольких телескопов. «Теперь мы можем увидеть момент, когда ядра и электроны объединяются в остаточном свечении», — объяснил в пресс-релизе соавтор нового исследования Расмус Дамгаард. «Теперь мы можем видеть момент, когда ядра и электроны объединяются в остаточном свечении свечение». Впервые наблюдая за формированием атомов, мы можем измерить температуру материала и проследить микрофизику этого далекого взрыва», — добавил он.
Процесс, похожий на тот, что произошел через 370 000 лет после Большого взрыва
Датские исследователи проанализировали свет килоновой AT2017gfo, расположенной в галактике NGC 4993, на расстоянии 130 миллионов световых лет от Земли.
Обратите внимание: Могут ли столкновения звезд быть сигналами от чуждых цивилизаций?.
Катастрофическое столкновение двух нейтронных звезд привело к образованию небольшой черной дыры и выбросу богатого нейтронами материала, создав сферу плазмы, которая расширялась почти со скоростью света. Из-за большого количества излучения, образующегося при радиоактивном распаде элементов, светимость килоновой звезды сравнима со светимостью сотен миллионов солнц.В первые несколько минут после столкновения температура разлагающегося материала, выброшенного из килоновой, достигла миллиардов градусов, что в тысячу раз выше, чем в ядре Солнца, и сравнимо с температурой Вселенной через секунду после Большого взрыва. Хлопнуть. В таких экстремальных условиях электроны отрываются от ядра, образуя постоянно движущуюся ионизированную плазму.
в течение минут и часов после взрыва материя постепенно охлаждалась, как и Вселенная после Большого взрыва. Примерно через 370 000 лет после Большого взрыва материя достаточно остыла, чтобы электроны могли прикрепиться к атомным ядрам и образовать первые атомы. Похожий процесс, получивший название «захват быстрых нейтронов или r-процесс», происходит после взрыва килоновой звезды, приводя к образованию элементов тяжелее железа.
Однако «этот астрофизический взрыв меняется настолько резко от часа к часу, что ни один телескоп не может отследить всю его историю», — сказал Альберт Снепен, ведущий автор исследования, описанного в журнале Sneppen, и объяснил, что изображение этого события с помощью одного телескопа было заблокировано Вращение Земли . Чтобы детально отследить это событие, команда объединила измерения с нескольких телескопов в Австралии и Южной Африке, а также с космического телескопа «Хаббл».
Взгляд на прошлое, настоящее и будущее формирования атомов
Комбинированные измерения позволили команде составить карту хронологии образования атомов тяжелых элементов. После взрыва килоновой шар материи расширяется и распространяется так быстро, что свету требуется несколько часов, чтобы пройти через него. Поэтому возраст взрыва можно проследить по краю сферы. В ближайшей к Земле части сферы электроны уже прикреплены к атомным ядрам, а в самой дальней части еще формируются черные дыры.
«Это все равно, что смотреть на три космических микроволновых фоновых луча вокруг нас, но здесь мы можем видеть все снаружи. Мы можем видеть до, во время и после рождения атомов», — объяснил Дамгаард. Исследователи смогли наблюдать образование тяжелых элементов, таких как стронций и иттрий, и подозревают, что там могли образоваться другие, еще не классифицированные тяжелые элементы.
Все последние новости астрофизики читайте на New-Science.ruБольше интересных статей здесь: Новости науки и техники.