Zderzenie się gwiazd neutronowych to jedno z najbardziej spektakularnych zdarzeń we Wszechświecie. I – co nieczęsto się zdarza w przypadku zjawisk kosmicznych – takie, którego efekty towarzyszą nam na co dzień. Wystarczy, że nosimy biżuterię ze złota.
Czym jest kilonowa?
Załóżmy, że mamy na palcu złotą obrączkę. Jak powstał pierwiastek, z którego się składa? Złoto to pierwiastek ciężki, podobnie jak platyna. Połowa istniejących we Wszechświecie pierwiastków cięższych od żelaza powstała w rezultacie spektakularnych wybuchów będących m.in. rezultatem połączenia się gwiazd neutronowych. Później atomy złota podróżowały przez przestrzeń międzygwiezdną, dotarły do mgławicy słonecznej i ostatecznie weszły w skład skorupy ziemskiej.
Jednak zanim do tego doszło, gdzieś musiała rozbłysnąć kilonowa. Czyli dwie gwiazdy neutronowe musiały zbliżyć się do siebie, zacząć się przyciągać, a następnie w gigantycznym wybuchu scalić się na milisekundy w jednej obiekt, który następnie zapadł się w czarną dziurę.
Co zostawia po sobie kilonowa?
Kilonowa jest wybuchem, który możemy uchwycić z pomocą różnego rodzaju obserwatoriów. Scalanie się gwiazd jest źródłem fal grawitacyjnych i promieniowania gamma. Natomiast rozszerzający się, szybko stygnący obłok materii, który w efekcie kilonowej został wyrzucony w kosmos, emituje promieniowanie rentgenowskie, światło widzialne i fale radiowe. To sprawia, że jeśli tylko uda się dostrzec kilonową, można ją badać na wiele różnych sposobów.
W 2017 r. detektory fal grawitacyjnych zarejestrowały fale będące rezultatem połączenia się dwóch gwiazd neutronowych. Zjawisko zostało oznaczone jako GW170817. Doszło do niego w galaktyce odległej od nas o ok. 140 mln lat świetlnych.
Zdarzenie to „trwało na tyle długo, że udało się je zbadać za pomocą 70 teleskopów. Jeden po drugim prowadziły obserwacje w szerokim zakresie promieniowania elektromagnetycznego, od promieni gamma po fale radiowe” – pisze astronom Paul Mudrin w książce „Wszechświat. Biografia”. Słabe promieniowanie będące pozostałością tego zdarzenia utrzymywało się aż 2,5 roku.
Idealnie kulista kilonowa
Chociaż o kilonowej, której efektem była detekcja fal GW170817, pisze się już w popularnonaukowych książkach, nie oznacza to wcale, że całe zdarzenie należy wyłącznie do historii. W najnowszym numerze „Nature” ukazała się praca zespołu astronomów, dotycząca tamtej eksplozji. Naukowcy przeanalizowali jeszcze raz dane zebrane w czasie obserwacji wydarzenia. Odkryli coś, co przeczy teoriom opisującym kilonowe.
Jak do nich dochodzi? – Masz dwie ultrakompaktowe (czyli małych rozmiarów i jednocześnie wyjątkowo ciężkie – przyp. red.) gwiazdy. Gwiazdy te przed zapadnięciem się okrążają się 100 razy na sekundę. Intuicja i wszystkie modele podpowiadają, że eksplozja, która jest efektem ich zderzenia, powinna być spłaszczona i asymetryczna – mówi 24-letni Albert Sneppen z Instytutu Nielsa Bohra, pierwszy autor pracy.
Jednak w przypadku kilonowej z 2017 r. modele zawiodły. – Choć nie ma to sensu, była okrągła, jak piłka. Nikt się nie spodziewał, że eksplozja może wyglądać w ten sposób, jednak nasze obliczenia wyraźnie to pokazują – mówi Albert Sneppen.
Młodzi naukowcy Darach Watson i Albert Sneppen. Fot. Darach Watson
Dlaczego kilonowa była okrągła?
Taki kształt wybuchu jest bardzo zagadkowy. – Prawdopodobnie oznacza, że teorie i symulacje kilonowych, którymi posługujemy się od 25 lat, zawierają luki w obrębie ważnych praw fizyki – mówi Darach Watson z Uniwersytetu Kopenhaskiego, współautor pracy.
Czego te luki mogłyby dotyczyć? By eksplozja była idealnie okrągła, gigantyczna energia musi wydostać się dokładnie z jej jądra. Czyli w przypadku łączenia się gwiazd neutronowych musi pojawić się moment, gdy energia uwalnia się z samego centrum zdarzenia. Zdaniem badaczy może to być chwila, gdy obie gwiazdy są już jedną gigantyczną gwiazdą neutronową, istniejącą tylko ułamki sekundy przed zapadnięciem się w czarną dziurę.
Gdy do tego dochodzi, może powstać niezwykle silne pole magnetyczne. To ono mogłoby sprawić, że materia wyrzucona w czasie eksplozji nabrałaby kulistego kształtu.
Tajemniczy rozkład pierwiastków
Wyjaśnienie to, zaznaczają naukowcy, ma jednak pewną lukę. Nie tłumaczy mianowicie innego fenomenu, który wykryto. Zgodnie z obecnymi modelami najcięższe pierwiastki powstałe w kilonowej, takie jak złoto czy uran, powinny powstać w jej innych częściach niż nieco lżejsze, jak stront czy krypton. W przypadku kilonowej z 2017 r. okazało się jednak, że wykryto tylko te nieco lżejsze pierwiastki – i to równomiernie rozłożone w przestrzeni.
Dlaczego tak się stało – na razie nie wiadomo. Badacze przypuszczają, że wpływ na taki wynik mogła mieć związana z kilonową emisja neutrin.
Źródło: EurekAlert, Nature
