Ученые из Института Нильса Бора (Дания) впервые провели измерения температуры вещества, излучаемого после объединения двух нейтронных звезд, и зафиксировали процесс формирования атомов из ядер и электронов. Полученные данные позволили установить физические характеристики этого необычного явления и прояснить механизм возникновения элементов, тяжелее железа.
В 2017 году астрономы зарегистрировали событие AT2017gfo, возникшее в результате слияния двух нейтронных звезд. Такое необычное явление, известное как «килоновая», характеризуется выбросом колоссальной энергии и материи и предоставляет уникальную возможность для изучения процессов нуклеосинтеза — формирования новых ядер из протонов и нейтронов.
Килоновые явления фиксируются в двойных звездных системах, где происходит слияние двух нейтронных звезд или черной дыры с нейтронной звездой. Во время этих астрономических событий высвобождается энергия, которая может быть в тысячу раз больше энергии, излучаемой сверхновыми (звездами, демонстрирующими внезапное увеличение светимости примерно в 1000 – 1 000 000 раз). Килоновые также являются источником интенсивного электромагнитного излучения, гравитационных волн и элементов, тяжелее железа.
Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Astronomy & Astrophysics, пришли к выводу, что яркий космический катаклизм AT2017gfo привел к образованию огненного шара, расширяющегося со скоростью примерно в 40-45 процентов скорости света. Интересно, что в последующие дни килоновая сияла с яркостью, сравнимой со светимостью сотен миллионов солнц.
Команда под руководством Альберта Снеппена (Albert Sneppen) группа ученых из Копенгагенского университета (Дания) объединила и изучила данные наблюдений события AT2017gfo, собранные с использованием телескопов разных стран мира. Анализ охватывал период от 0,5 до 9,4 дня после слияния, и исследователи отследили, как менялись химические характеристики килоновой в течение этого времени.
«В настоящее время мы можем наблюдать формирование ядер атомов в свечении, которое следует за взрывом килоновой. Впервые мы фиксируем создание атомов подобным образом, имеем возможность измерить температуру и наблюдать микрофизические процессы, происходящие в этом удаленном взрыве», — пояснил один из авторов научной работы Расмус Дамгорд ( Rasmus Damgaard).
По мнению специалистов, важным результатом стало обнаружение спектральной линии с длиной волны в один микрометр (характеризует электромагнитное излучение оптического диапазона). Она неожиданно проявилась через 1,17 дня после слияния, что свидетельствует о наличии в выбросах килоновой тяжелых элементов, таких как стронций (Sr II) и иттрий (Y).
Время появления спектральных особенностей стронция совпадает с предсказанными значениями, полученными на основе моделей локального термодинамического равновесия (то есть равновесия, существующего внутри каждого элемента объема или массы системы). Это подтверждает соответствие между температурой излучения, которую мы наблюдаем, и температурой ионизации. Показатели последней оказались практически идентичными во всех направлениях, отклонение не превысило пяти процентов. Таким образом, процессы, протекающие при слиянии нейтронных звезд, характеризуются большей симметрией, чем предполагалось ранее.
Слияние нейтронных звезд является одним из ключевых источников образования элементов, более тяжелых железа, в том числе золота и платины. Возможность наблюдать эти процессы непосредственно позволяет проверить и скорректировать современные теории нуклеосинтеза. В результате, полученные данные предоставили информацию о динамике выбросов килоновых и условиях, необходимых для формирования тяжелых элементов.