Сблъсъкът на неутронни звезди ражда най-малката черна дупка и тежки елементи

Експлозията наподобява Вселената малко след Големия взрив

Ваня Милева Последна промяна на 11 ноември 2024 в 10:37 1357 0

Илюстрация на горещ облак от материал след сияние от две сблъскващи се неутронни звезди

Кредит NASA Goddard/CI Lab

Илюстрация на горещ облак от материал след сияние от две сблъскващи се неутронни звезди.

Астрономи са използвали набор от телескопи, включително Хъбъл, за да станат свидетели на титаничния сблъсък между две неутронни звезди, довел до раждането на най-малката черна дупка, виждана някога, и изковал елементи по-тежки от желязото, които не могат да бъдат създадени дори в най-масивните звезди, включително благородни метали като злато, сребро и уран.

Моментната снимка на екипа на този жесток и мощен сблъсък, който се е случил на 130 милиона светлинни години от нас в галактиката NGC 4993, е създадена с набор от инструменти, включително космическия телескоп Хъбъл. Това е картина на "миналото, настоящето и бъдещето" на сливането на тези плътни мъртви звезди. 

На 17 август 2017 г. детекторите LIGO и Virgo откриват гравитационна вълна, преминаваща покрай Земята, причинена от две неутронни звезди, които се сблъскват и сливат в елиптичната галактика NGC 4993, на 140 милиона светлинни години от нас – това бе гравитационната вълна GW170817.

В допълнение към гравитационната вълна, бе наблюдавано и електромагнитно излъчване от този сблъсък, целият спектър от радиовълни до гама лъчи, и този изблик е наречен килонова, на която бе дадено каталожното име AT 2017gfo.

Благодарение на тази радиация много телескопи на Земята и в космоса успяват да видят сблъсъка. Тези наблюдения наскоро произведоха новини.

Астрономи, водени от Алберт Снепен (Albert Sneppen) от Космическия център DAWN на института "Нилс Бор" в Копенхаген са проучили дали сблъсъци като този на GW170817 водят до производството на елементи, по-тежки от желязото. Отговорът: да, наистина го правят.

"Сега можем да видим момента, в който атомните ядра и електроните се обединяват в последващото сияние", обяснява членът на екипа Расмус Дамгаард (Rasmus Damgaard), изследовател от Космическия център DAWN. "За първи път виждаме създаването на атоми, можем да измерим температурата на материята и можем да видим микрофизиката в тази отдалечена експлозия."

"Това е все едно се наслаждаваме на три космически фонови лъчения, които ни заобикалят от всички страни, но тук можем да видим всяко отвън. Виждаме преди, по време и след момента на раждането на атомите."

Илюстрация на черна дупка, създадена малко след сблъсъка на две неутронни звезди. Кредит: OS SALAFIA, G. GHIRLANDA, CXC/NASA, GSFC, B. WILLIAMS ET AL

Златото във вашите бижута идва от най-насилствените събития във Вселената

Неутронните звезди се раждат, когато звезди, които са поне 8 пъти по-масивни от слънцето, изчерпят горивото си за ядрен синтез и вече не могат да се противопоставят на силите на собствената си гравитация.

Външните слоеве на тези звезди се разрушават при експлозии на свръхнова, оставяйки звезден остатък с маса, равна на между 1 и 2 слънца, смачкани в диаметър от около 20 километра.

Колапсът на ядрото принуждава електроните и протоните да се събират, създавайки море от неутрони. Този материал е толкова плътен, че само кубче захар от неутронна звездна материя би тежало 1 милиард тона, ако бъде донесено на Земята. Това е почти същото като да натъпчете 150 000 000 слона в същото пространство, което заема едно кубче захар.

Вероятно не е изненада, че тази екстремна и екзотична материя играе ключова роля в създаването на елементи, по-тежки от желязото.

Сблъсък на неутронни звезди разнася гравитационни вълни

Някои от тези мъртви звезди заемат двойни системи заедно с друга жива звезда. В редки случаи тази придружаваща звезда също е достатъчно масивна, за да създаде неутронна звезда, и не е била изхвърлена от експлозията на свръхнова, която създава първата неутронна звезда.

Резултатът е система с две неутронни звезди, обикаляща една около друга. Тези обекти са толкова плътни, че докато се въртят един около друг, генерират вълни в пространство-времето, т. нар. гравитационни вълни, които се разпространяват в пространството, намалявайки ъгловия импулс.

Тъй като системата губи ъглов импулс, орбитата на неутронните звезди се стеснява и неутронните звезди се приближават една до друга. Това води до разсейване на гравитационни вълни все по-бързо и по-бързо, отнасяйки все повече и повече ъглов момент, докато тези изключително плътни мъртви звезди се сблъскат и слеят.

Илюстрация на сблъскващи се неутронни звезди, изпращащи вълни в пространство-времето, наречени гравитационни вълни. Кредит: R. Hurt/Caltech-JPL

Експлозията наподобява Вселената малко след Големия взрив

Този сблъсък образува малка черна дупка, разпръсква богата на неутрони материя с температури от много милиарди градуси, хиляди пъти по-горещи от слънцето. Тези температури са толкова високи, че са подобни на тези на бързо раздуващата се Вселена само една секунда след Големия взрив.

При такава температура електроните вече не са свързани с атомните ядра, а се движат свободно като "танцуващи електрони" в йонизираната плазма.

Вселената като цяло също е имала такава плазма след Големия взрив и това е продължило до 370 000 години след Големия взрив, когато температурата е спаднала до 3000K поради разширяването на Вселената и е била достатъчно "студена", за да свърже отново на атомните ядра.

Сега астрономите са наблюдавали този процес в последващото сияние на GW170817 с телескопи в Австралия и Южна Африка и с космическия телескоп Хъбъл. С тези телескопи е станало възможно да се види, че стронций и итрий, два тежки елемента, са се образували в последващото сияние от сблъсъка.

Справка: “Emergence hour-by-hour of r-process features in the kilonova AT2017gfo”, Sneppen, Watson, Damgaard, Heintz et al. (2024), (https://arxiv.org/pdf/2404.08730), ( https://arxiv.org/abs/2312.02258)

Източници: 

Hubble watches neutron stars collide and explode to create black hole and 'birth atoms',  Live Science

Dance of electrons measured in the glow from exploding neutron-stars, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !