Колосальний вибух в результаті злиття двох нейтронних зірок має несподівано ідеальну форму. Згідно з новим аналізом наслідків зіткнення історичної нейтронної зірки , яка спостерігалася у 2017 році, вибух Кілонової, створений двома зірками, був повністю симетричною, майже ідеальною сферою. І астрономи просто не знають чому. Це суперечить усім попереднім припущенням і моделям кілонових.
“Ніхто не очікував, що вибух буде виглядати так. Немає сенсу, що він сферичний, як м’яч”, – каже астрофізик Дарах Уотсон з Інституту Нільса Бора в Данії.
«Але наші розрахунки чітко показують, що це так. Це, ймовірно, означає, що теорії та моделювання кілонових, які ми розглядали протягом останніх 25 років, не мають важливої фізики».
Ми рідко бачимо зіткнення нейтронних зірок. Цей вибух 2017 року під назвою GW170817 був не просто першим зафіксованим, він залишився неперевершеним, якщо говорити про деталі. З нього ми дізналися багато речей про Всесвіт. Наприклад, ці зіткнення є джерелом спалахів гамма-випромінювання, найенергетичнішого світла у Всесвіті. Кілонові вибухи також є фабриками для виробництва важких елементів, таких як золото та платина.
Але ми ще багато про них не знаємо. На щастя, з GW170817 було зібрано стільки даних, що вчені все ще переглядають їх, і ще деякий час. Це спонукало астрофізика Альберта Снеппена з Інституту Нільса Бора та його колег до проєкту визначення форми кілонової.
Це пояснюється тим, що геометрія вибуху продиктована властивостями надщільної матерії, з якої складаються нейтронні зірки, і може допомогти вченим краще зрозуміти енергію вибуху та інші властивості злиття. Вони думали, що приблизно знають, що збираються знайти, і що їхня робота буде полягати у встановленні більш детальних обмежень на відомі властивості. Сферичний вибух, який вони фактично виявили, свідчить про те, що нам бракує розуміння злиття нейтронних зірок.
«У вас є дві надкомпактні зірки, які обертаються навколо одна одної 100 разів за секунду, перш ніж зруйнуватися. Наша інтуїція та всі попередні моделі стверджують, що хмара вибуху, утворена зіткненням, повинна мати сплощену й досить асиметричну форму», — каже Снеппен.
«Найвірогіднішим способом зробити вибух сферичним є те, що величезна кількість енергії виходить із центру вибуху та згладжує форму, яка інакше була б асиметричною. Отже, сферична форма говорить нам, що, ймовірно, є багато енергії в центрі зіткнення, яке було непередбаченим».
Цьому є можливе пояснення. Нейтронні зірки – це те, у що зірки певної маси можуть перетворитися після того, як вони використають усе термоядерне паливо в своєму ядрі. Коли зірка досягає цієї точки, вона викидає свій зовнішній матеріал, і ядро колапсує в надщільний об’єкт. Менші зірки стають білими карликами, маса яких приблизно в 1,4 раза перевищує масу Сонця. Зірки середнього діапазону перетворюються на нейтронні зірки, маса яких приблизно в 2,4 раза перевищує масу Сонця. А більш масивні зірки перетворюються на чорні діри.
Коли дві нейтронні зірки стикаються, об’єднана маса змушує новоутворений об’єкт далі гравітаційно колапсувати, перетворюючись на чорну діру. Але за короткий проміжок часу, перш ніж це станеться, об’єкт може стати гіпермасивною нейтронною зіркою з надзвичайно потужним магнітним полем. Нещодавній аналіз показує, що це сталося з GW170817. Лише на секунду об’єкт був гіпермасивною нейтронною зіркою. Це може пояснити сферичну кілонову, кажуть дослідники.
«Можливо, свого роду «магнітна бомба» створюється в момент, коли енергія величезного магнітного поля гіпермасивної нейтронної зірки вивільняється, коли зірка колапсує в чорну діру», — пояснює Вотсон.
«Вивільнення магнітної енергії може призвести до того, що матерія у вибуху буде розподілена більш сферично. У такому випадку народження чорної діри може бути дуже енергійним».
Але залишаються деякі питання без відповіді, зокрема про те, як важкі елементи куються в кілоновій. Ми знаємо, що це буває; Після вибуху вчені чітко виявили стронцій у викиді кілонової речовини.
У своєму аналізі кілонової команда Снеппена виявила майже сферично симетричний розподіл стронцію, який є одним із легших важких елементів. Але моделі припускають, що більш важкі елементи, такі як золото та уран, повинні утворюватися в окремих місцях кілонової від легших. Це, на думку дослідників, говорить про те, що тут залучені нейтрино.
«Альтернативна ідея полягає в тому, що за мілісекунди, які живе гіпермасивна нейтронна зірка, вона випромінює дуже потужне випромінювання, можливо, включаючи величезну кількість нейтрино», — говорить Снеппен.
«Нейтрино можуть змусити нейтрони перетворюватися на протони та електрони, і таким чином створювати більш легкі елементи в цілому. Ця ідея також має недоліки, але ми вважаємо, що нейтрино відіграють навіть важливішу роль, ніж ми думали».
Цілком можливо, що в грі може бути більше одного механізму. Сподіваємося, що в майбутньому ми зможемо виявити більше зіткнень нейтронних зірок у дії.