Astronomy & Astrophysics: Астрофизики измерили поведение частиц в килоновой

После столкновения двух нейтронных звезд и рождения черной дыры возникает радиоактивное свечение. В нем ученые впервые измерили температуру элементарных частиц и смогли узнать физические свойства этого космического события.

Открытие сделали астрофизики из Института Нильса Бора при Копенгагенском университете.

Новый метод наблюдения показывает создание тяжелых элементов

В результате столкновения двух нейтронных звезд появилась самая маленькая из наблюдавшихся до сих пор черных дыр. При этом образовался огненный шар, который расширялся почти со скоростью света и светился так ярко, будто это сотни миллионов солнц.

Этот светящийся объект называется килоновой. Он светится так ярко из-за большого количества радиации при распаде тяжелых радиоактивных элементов, образовавшихся при взрыве.

Международная группа исследователей во главе с Центром Cosmic DAWN Института Нильса Бора объединила измерения света килоновой, сделанные с помощью телескопов по всему миру. Это позволило приблизиться к разгадке природы взрыва и ответить на вопрос: «Откуда берутся элементы тяжелее железа?»

Этот астрофизический взрыв происходит очень быстро, поэтому ни один телескоп не может зафиксировать его целиком. Угол обзора отдельных телескопов блокируется вращением Земли.

Объединив измерения из Австралии, Южной Африки и космического телескопа «Хаббл», мы можем детально проследить развитие события, — отмечает руководитель исследования Альберт Снеппен, доктор философии из Института Нильса Бора.

Целое больше суммы отдельных наборов данных.

Взрыв напоминает Вселенную вскоре после Большого взрыва

После столкновения звездная материя имеет температуру в миллиарды градусов. Она в тысячу раз горячее центра Солнца и сопоставима с температурой Вселенной через секунду после Большого взрыва.

Из-за таких температур электроны не прикреплены к ядрам атомов, а плавают в ионизированной плазме.

Со временем звездная материя остывает, как и Вселенная после Большого взрыва.

Отпечаток стронция — свидетельство создания тяжелых элементов

Через 370 000 лет после Большого взрыва Вселенная остыла, и электроны смогли присоединиться к атомным ядрам, образовав первые атомы. Свет стал свободно распространяться по Вселенной.

Самый ранний свет, который мы можем наблюдать, — это «космическое фоновое излучение», составляющее фон ночного неба. Аналогичный процесс объединения электронов с ядрами атомов происходит в звездном веществе при взрыве.

В результате образуются тяжелые элементы, такие как стронций и иттрий. Вероятно, во время взрыва были созданы и другие тяжелые элементы.

Мы можем наблюдать, как атомы образуются из ядер и электронов в послесвечении взрыва. Впервые мы видим создание атомов, измеряем температуру вещества и наблюдаем микрофизику этого взрыва.

Это как любоваться тремя космическими фоновыми излучениями, но здесь мы видим все со стороны. Мы видим до, во время и после момента рождения атомов, — говорит Расмус Дамгаард, аспирант Центра Cosmic DAWN и соавтор исследования.

Каспер Хайнц, доцент Института Нильса Бора, объясняет:

Материя расширяется настолько быстро, что свету требуются часы, чтобы преодолеть расстояние до взрыва. Поэтому мы можем заглянуть дальше в историю взрыва, наблюдая за удаленным концом огненного шара.

Ближе к нам электроны уже соединились с атомными ядрами, но на дальнем конце новорожденной черной дыры настоящее событие еще только предстоит.

Результаты опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

31.10.2024