Астрофизики открыли идеальный взрыв в космосе

Прочитано: 98 раз(а)


Когда нейтронные звезды сталкиваются, они производят взрыв, который, вопреки тому, что считалось до недавнего времени, имеет форму идеальной сферы. Хотя то, как это возможно, до сих пор остается загадкой, открытие может дать новый ключ к фундаментальной физике и измерению возраста Вселенной. Открытие было сделано астрофизиками из Копенгагенского университета и только что было опубликовано в журнале Nature.

Килоновые — гигантские взрывы, происходящие, когда две нейтронные звезды вращаются вокруг друг друга и в конце концов сталкиваются, — ответственны за создание как больших, так и малых вещей во Вселенной, от черных дыр до атомов в золотом кольце на пальце и йода в наших телах. . Они порождают самые экстремальные физические условия во Вселенной, и именно в этих экстремальных условиях Вселенная создает самые тяжелые элементы периодической таблицы, такие как золото, платина и уран.

Астрофизики открыли идеальный взрыв в космосе

Но мы еще многого не знаем об этом насильственном явлении. Когда в 2017 году на расстоянии 140 миллионов световых лет от нас была обнаружена килонова, ученые впервые смогли собрать подробные данные. Ученые всего мира до сих пор интерпретируют данные этого колоссального взрыва, в том числе Альберт Снеппен и Дарах Уотсон из Копенгагенского университета, которые сделали удивительное открытие.

Их анализ был проведен на данных от kilonova AT2017gfo за 2017 год. Эти данные представляют собой ультрафиолетовый, оптический и инфракрасный свет от спектрографа X-shooter на Очень Большом Телескопе в Европейской южной обсерватории в сочетании с предыдущим анализом гравитационных волн, радиоволны и данные космического телескопа Хаббл.

«У вас есть две сверхкомпактные звезды, которые вращаются вокруг друг друга со скоростью 100 раз в секунду, прежде чем схлопнуться. Наша интуиция и все предыдущие модели говорят, что облако взрыва, созданное столкновением, должно иметь сплющенную и довольно асимметричную форму», — говорит Альберт Снеппен. Кандидат наук. студент Института Нильса Бора и первый автор исследования, опубликованного в журнале Nature .

Вот почему он и его коллеги-исследователи с удивлением обнаруживают, что это совсем не так для килоновой 2017 года. Она полностью симметрична и имеет форму, близкую к идеальной сфере.

«Никто не ожидал, что взрыв будет выглядеть так. Нет никакого смысла в том, что он сферический, как шар. Но наши расчеты ясно показывают, что это так. за последние 25 лет не хватает важной физики», — говорит Дарах Уотсон, доцент Института Нильса Бора и второй автор исследования.

Сферическая форма — загадка

Но как килонова может быть сферической — настоящая загадка. По мнению исследователей, в игре должна быть неожиданная физика:

«Наиболее вероятный способ сделать взрыв сферическим — это если огромное количество энергии вырывается из центра взрыва и сглаживает форму, которая в противном случае была бы асимметричной. Таким образом, сферическая форма говорит нам о том, что, вероятно, существует много энергии. в центре столкновения, которое было непредвиденным», — говорит Альберт Снеппен.

Когда нейтронные звезды сталкиваются, они ненадолго объединяются в единую сверхмассивную нейтронную звезду, которая затем коллапсирует в черную дыру. Исследователи предполагают, не в этом ли крахе скрыта большая часть тайны:

«Возможно, своего рода «магнитная бомба» создается в тот момент, когда энергия огромного магнитного поля гипермассивной нейтронной звезды высвобождается, когда звезда коллапсирует в черную дыру. распределены более сферически. В этом случае рождение черной дыры может быть очень энергичным», — говорит Дарах Уотсон.

Однако эта теория не объясняет другой аспект открытия исследователей. В соответствии с предыдущими моделями, хотя все произведенные элементы тяжелее железа, чрезвычайно тяжелые элементы, такие как золото или уран, должны образовываться в разных местах килоновой, чем более легкие элементы, такие как стронций или криптон, и должны быть вытеснены. в разных направлениях. Исследователи, с другой стороны, обнаруживают только более легкие элементы, и они равномерно распределены в пространстве.

Поэтому они считают, что загадочные элементарные частицы, нейтрино, о которых еще многое неизвестно, также играют ключевую роль в этом явлении.

«Альтернативная идея заключается в том, что за те миллисекунды, что живет сверхмассивная нейтронная звезда, она излучает очень мощно, возможно, включая огромное количество нейтрино. Нейтрино могут вызывать превращение нейтронов в протоны и электроны и, таким образом, в целом создавать более легкие элементы. Эта идея также имеет недостатки, но мы считаем, что нейтрино играют даже более важную роль, чем мы думали», — говорит Альберт Снеппен.

Новый космический правитель

Форма взрыва интересна и совсем по другой причине:

«Среди астрофизиков ведется много дискуссий о том, как быстро расширяется Вселенная. Скорость говорит нам, среди прочего, о том, сколько лет Вселенной. И два существующих метода ее измерения расходятся примерно в миллиард лет. Здесь у нас может быть третий метод, который можно дополнить и сравнить с другими измерениями», — говорит Альберт Снеппен.

Так называемая «лестница космических расстояний» — это метод, используемый сегодня для измерения скорости роста Вселенной. Это делается просто путем вычисления расстояния между различными объектами во вселенной, которые действуют как ступеньки на лестнице.

«Если они яркие и в основном сферические, и если мы знаем, как далеко они находятся, мы можем использовать килоновые звезды как новый способ независимого измерения расстояния — новый вид космической линейки», — говорит Дарах Уотсон и продолжает:

«Знание формы имеет здесь решающее значение, потому что если у вас есть объект, который не является сферическим, он излучает по-разному, в зависимости от угла вашего взгляда. Сферический взрыв обеспечивает гораздо большую точность измерения».

Он подчеркивает, что для этого нужны данные от большего количества килонов. Они ожидают, что обсерватории LIGO обнаружат гораздо больше килоновых в ближайшие годы.

О килоновых

  • Нейтронные звезды — чрезвычайно компактные звезды, состоящие в основном из нейтронов. Обычно они имеют диаметр всего около 20 километров, но могут весить в полтора-два раза больше Солнца. Чайная ложка вещества нейтронной звезды будет весить примерно столько же, сколько гора Эверест.
  • При столкновении двух нейтронных звезд возникает явление килоновой. Это название гигантского взрыва, который создает слияние. Это радиоактивный огненный шар, который расширяется с огромной скоростью и состоит в основном из тяжелых элементов, образовавшихся при слиянии и его последствиях — как более легких, так и очень тяжелых элементов, — которые выбрасываются в космос.
  • Это явление было предсказано в 1974 г., а впервые отчетливо наблюдалось и идентифицировано в 2013 г. В 2017 г. впервые были получены подробные данные о килоновой, когда детекторы LIGO (в США) и Virgo (в Европе) сенсационно преуспели в измерении гравитационного поля . волны от килоновой AT2017gfo, которая находилась в галактике на расстоянии 140 миллионов световых лет.

Астрофизики открыли идеальный взрыв в космосе



Новости партнеров