В августе 2017 года человечество наблюдало чудо. Впервые мы увидели столкновение двух нейтронных звезд, событие, зафиксированное телескопами по всему миру, предупрежденные гравитационным шумом, когда два объекта закрутились в спираль, чтобы слиться и образовать черную дыру.
Даже тогда мы знали, что это единственное событие, взрыв килоновой под названием AT2017gfo, даст нам достаточно научных данных, чтобы «грызть» их долгие годы. Так и оказалось. Теперь ученые собрали воедино данные с нескольких телескопов, чтобы реконструировать дни после взрыва килоновой и ее бурно расширяющийся огненный шар, который породил шквал тяжелых элементов.
Это событие, по словам исследовательской группы под руководством астрофизика Альберта Снеппена из Института Нильса Бора при Копенгагенском университете, развивалось подобно Большому взрыву, с горячим «супом» из частиц, который охлаждался и конденсировался в материю.
«Этот астрофизический взрыв развивался стремительно, час за часом, поэтому ни один телескоп не мог отследить всю его историю. Угол обзора отдельных телескопов блокировался вращением Земли», – объясняет Снеппен.
«Но, объединив существующие наблюдения из Австралии, Южной Африки и данные космического телескопа «Хаббл», мы можем проследить его развитие очень подробно. Мы показываем, что целое больше, чем сумма отдельных наборов данных».
Одним из удивительных открытий, сделанных при наблюдении AT2017gfo, стало образование тяжелых элементов. Многие элементы образуются внутри звезд, где процессы термоядерного синтеза в ядре сталкивают атомы, создавая более тяжелые.
Но у этого процесса есть предел – звезды не могут синтезировать элементы тяжелее железа, потому что энергия, необходимая для этого, превышает энергию, выделяемую при синтезе.
Для создания более тяжелых элементов требуется очень энергичное событие, такое как взрыв сверхновой. AT2017gfo показала, что килоновые, возникающие при столкновении нейтронных звезд, являются производительными фабриками тяжелых элементов – в свете, испускаемом во время взрыва, астрономы обнаружили спектральную сигнатуру стронция.
Снеппен и его коллеги продвинули этот анализ еще на шаг вперед. Тщательно изучив несколько наборов данных, они смогли наблюдать почасовую эволюцию килоновой и образование внутри тяжелых элементов, известных как элементы r-процесса (быстрый процесс захвата нейтронов).
Когда две нейтронные звезды сталкиваются, первоначальная килоновая из выброшенного вещества нейтронных звезд чрезвычайно горяча, достигая миллиардов градусов, сравнимых с температурой Большого взрыва. В этой горячей плазменной среде элементарные частицы, такие как электроны, могут свободно перемещаться, не будучи связанными.
По мере расширения и охлаждения килоновой частицы захватывают друг друга и становятся атомами. Это, по словам исследователей, очень похоже напоминает времена ранней истории Вселенной, известный как Эпоха рекомбинации.
Примерно через 380 000 лет после Большого взрыва Вселенная остыла настолько, что частицы, плавающие в первичном плазменном «супе», смогли объединиться в атомы. Плазменный «суп» рассеивал свет вместо того, чтобы позволить ему распространяться, и эта «рекомбинация» означала, что свет наконец-то смог свободно перемещаться по Вселенной.
Процесс объединения, наблюдаемый в килоновой нейтронной звезды, очень похож на то, что, как мы думаем, происходило во время эпохи рекомбинации, предполагая, что килоновые могут быть мощной лабораторией для изучения эволюции ранней Вселенной в миниатюре.
Исследователям также удалось подтвердить наличие стронция и иттрия в развивающейся килоновой, что еще раз подтверждает, что взрывы килоновых являются источником тяжелых элементов во Вселенной.
«Теперь мы можем видеть момент, когда атомные ядра и электроны объединяются в послесвечении», – говорит астрофизик Расмус Дамгор из Института Нильса Бора.
«Впервые мы наблюдаем создание атомов, мы можем измерить температуру вещества и увидеть микрофизику в этом отдаленном взрыве. Это как любоваться тремя космическими фоновыми излучениями, окружающими нас со всех сторон, но здесь мы можем видеть все со стороны. Мы видим до, во время и после момента рождения атомов».
И это очень впечатляет.
Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.
Читайте также: Крупнейшие взрывы во Вселенной создали элементы, из которых мы состоим. Но есть один загадочный источник
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.