Нейтронні зірки стикаються, створюючи важкі елементи в космічному пеклі

Астрофізики вперше виміряли температуру елементарних частинок у радіоактивному післясвіті зіткнення нейтронної зірки, що призвело до утворення чорної діри.

Цей прорив дозволяє вченим досліджувати мікроскопічні фізичні властивості цих потужних космічних подій. Результати також показують, як окремі спостереження фіксують присутність об’єкта в часі, як знімок, що охоплює космічну мить. Дослідники з Інституту Нільса Бора Копенгагенського університету зробили це відкриття, нещодавно опубліковане в журналі Astronomy & Astrophysics.

Нові спостереження виявляють створення важких елементів

Зіткнення двох нейтронних зірок утворило найменшу чорну діру, яку коли-небудь спостерігали. Ця інтенсивна космічна подія створила вогненну кулю, яка розширювалася майже зі швидкістю світла, сяючи яскравістю сотень мільйонів сонць протягом наступних днів після зіткнення. Цей надзвичайно яскравий об’єкт, який називають кілоновою, випромінює величезну кількість радіації через розпад важких радіоактивних елементів, що утворюються під час вибуху.

Об’єднавши вимірювання кілонового світла, зроблені за допомогою телескопів по всьому світу, міжнародна група дослідників, очолювана Центром Cosmic DAWN в Інституті Нільса Бора, дійшла висновку про загадкову природу вибуху та наблизилася до відповіді. старого астрофізичного питання: звідки беруться елементи, важчі за залізо?

Роль глобальних обсерваторій у відстеженні астрофізичних подій

«Цей астрофізичний вибух різко розвивається щогодини, тому жоден телескоп не може прослідкувати всю історію. Кут огляду окремих телескопів на подію блокується обертанням Землі.

Але, об’єднавши наявні вимірювання з Австралії, Південної Африки та космічного телескопа Хаббл, ми можемо прослідкувати його розвиток дуже детально. Ми показуємо, що ціле показує більше, ніж сума окремих наборів даних», — каже Альберт Снеппен, докторант Інституту Нільса Бора та керівник нового дослідження.

Екстремальні температури внаслідок зіткнень нейтронних зірок

Відразу після зіткнення роздроблена зоряна речовина має температуру в багато мільярдів градусів. У тисячу разів гарячіша, ніж навіть у центрі Сонця, і порівнянна з температурою Всесвіту лише через секунду після Великого вибуху.

Така екстремальна температура призводить до того, що електрони не приєднуються до атомних ядер, а натомість плавають у так званій іонізованій плазмі. Електрони «танцюють» навколо. Але в наступні миті, хвилини, години та дні зоряна матерія охолоджується, як і весь Всесвіт після Великого вибуху.

Докази важких елементів у відблиску після зіткнення

Через 370 000 років після Великого вибуху Всесвіт охолонув достатньо, щоб електрони приєдналися до атомних ядер і утворили перші атоми. Тепер світло могло вільно подорожувати у Всесвіті, оскільки його більше не блокували вільні електрони.

Це означає, що найпершим світлом, яке ми можемо побачити в історії Всесвіту, є це так зване «космічне фонове випромінювання» — клаптик світла, що утворює віддалений фон нічного неба. Подібний процес об’єднання електронів з атомними ядрами зараз можна спостерігати в зірковій речовині вибуху.

Одним із конкретних результатів є спостереження важких елементів, таких як стронцій та ітрій. Їх легко виявити, але ймовірно, що багато інших важких елементів, походження яких ми не були впевнені, також утворилися під час вибуху.

Погляд на формування елементів і ранні умови Всесвіту

«Тепер ми можемо побачити момент, коли атомні ядра та електрони об’єднуються у післясвітінні. Ми вперше бачимо створення атомів, можемо виміряти температуру матерії та побачити мікрофізику цього віддаленого вибуху. Це як милуватися трьома космічними фоновими випромінюваннями, які оточують нас з усіх боків, але тут ми бачимо все з боку. Ми бачимо до, під час і після моменту народження атомів», — говорить Расмус Дамгаард, аспірант Центру Cosmic DAWN і співавтор дослідження.

Каспер Хайнц, співавтор і доцент Інституту Нільса Бора, продовжує: «Матерія розширюється настільки швидко і настільки швидко збільшується в розмірах, що світлу потрібні години, щоб подолати вибух. Ось чому, просто спостерігаючи за віддаленим кінцем вогняної кулі, ми можемо зазирнути далі в історію вибуху.

Ближче до нас електрони зачепилися за атомні ядра, але з іншого боку, по той бік новонародженої чорної діри, «сьогодення» все ще є лише майбутнім.