Космічний телескоп JWST зафіксував сильне зіткнення між нейтронними зірками

Телескоп простежив неймовірно яскравий гамма-спалах до кілонової, драматичної події, яка, як вважають, створює важкі елементи, такі як золото. За допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) астрономи відстежили неймовірно яскравий гамма-спалах (GRB) до його джерела — сильного зіткнення двох нейтронних зірок. 

Кільце на вашому пальці, ймовірно, містить атоми, утворені в результаті таких зіткнень нейтронних зірок, які також називаються «кілоновими». Це тому, що, крім вибуху довготривалих гамма-всплесків, кілонові вважаються місцями, де виковуються найважчі елементи Всесвіту, які не можуть бути синтезовані в ядерних печах у серці зірок.

Вважається, що ці елементи створюються за допомогою механізму під назвою «захоплення нейтронів» або r-процесу, який дозволяє атомним ядрам захоплювати нейтрони, утворюючи нові та важчі елементи, зокрема золото, платину та уран. R-процес може відбуватися лише в екстремальних і жорстоких умовах, таких як ті, які спостерігаються навколо зіткнення нейтронних зірок. 

Це перший раз, коли JWST використовувався для виявлення викидів від такої події, і потужний космічний телескоп також зміг виявити сигнатури важких елементів, які підробляються у вибуховій події. Зокрема, команда побачила докази існування важкого елемента телуру та створення лантаноїдів — групи з 15 металів, важчих за свинець. 

«Ці спостереження демонструють, що нуклеосинтез у гамма-всплесках може створювати елементи r-процесу в широкому діапазоні атомних мас і відігравати центральну роль у нуклеосинтезі важких елементів у всьому Всесвіті», — написала команда в документі, в якому докладно описуються їхні висновки.

Команда під керівництвом Ендрю Левана, професора Університету Радбуда в Нідерландах, дослідила GRB до свого джерела kilonova, і сама по собі є надзвичайною. Позначений GRB 230307A, він був спочатку виявлений космічним гамма-телескопом NASA Fermi 7 березня 2023 року, і є другим за яскравістю GRB з усіх, які коли-небудь бачили.

GRB тривав близько 34 секунд і був помічений кількома іншими телескопами, що дозволило астрономам провести його тріангуляцію до джерела. Член команди Брайан Мецгер з Колумбійського університету обговорив це досягнення в серії твітів у четвер (6 липня).

«У роботі під керівництвом Ендрю Левана ми виявили випромінювання кілонов (вперше!) за допомогою JWST після GRB», — написав Мецгер. «Мабуть, найбільший поворот сюжету: гамма-всплеск — другий за яскравістю за весь час — тривав півхвилини, тобто другий «довгий» спалах, що супроводжувався утворенням r-процесу. Ймовірно, це злиття нейтронної зірки, але яке кидає виклик нашим уявленням про як довго центральний двигун має «струмити»».

JWST спостерігав кілонову двічі, спочатку через 29 днів після GRB, а потім знову через 61 день після вибуху випромінювання, причому швидке згасання яскравості та перехід від синього до червоного між цими спостереженнями натякали на її природу кілонової.

Команда ідентифікувала кілька яскравих галактик поблизу Кілонової, які можуть бути місцем зіткнення нейтронних зірок і, отже, джерелом GRB 230307A. Вони віддають перевагу найяскравішій із цих галактик, яка знаходиться на відстані приблизно 8,3 мільйона світлових років від Землі та зміщена від джерела GRB приблизно на 130 000 світлових років. 

Кілонову також можна було помітити в іншому типі випромінювання, крім світла. Зіткнення нейтронних зірок змушує саму тканину простору-часу «дзвонити» у формі гравітаційних хвиль. Ці хвилі можна виявити тут, на Землі, за допомогою таких детекторів, як Лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія, але LIGO не був активним, коли засвітився GRB 230307A. У той час об’єкт був у розпалі трирічної зупинки, отримавши оновлення, щоб зробити його більш чутливим, і повернувся в роботу лише в травні 2023 року. Джерело