Зіткнення нейтронних зірок створило таку ідеальну сферу, що це шокувало фізиків

Колосальний вибух в результаті злиття двох нейтронних зірок має несподівано ідеальну форму.

Згідно з новим аналізом наслідків зіткнення історичної нейтронної зірки , яка спостерігалася у 2017 році, вибух Кілонової, створений двома зірками, був повністю симетричною, майже ідеальною сферою. І астрономи просто не знають чому. Це суперечить усім попереднім припущенням і моделям кілонових.

“Ніхто не очікував, що вибух буде виглядати так. Немає сенсу, що він сферичний, як м’яч”, – каже астрофізик Дарах Уотсон з Інституту Нільса Бора в Данії.

«Але наші розрахунки чітко показують, що так. Ймовірно, це означає, що теорії та моделювання кілонових, які ми розглядали протягом останніх 25 років, не мають важливої ​​фізики».

Ми рідко бачимо зіткнення нейтронних зірок . Цей вибух 2017 року під назвою GW170817 був не просто першим зафіксованим, він залишився неперевершеним, якщо говорити про деталі. З нього ми дізналися багато речей про Всесвіт. Наприклад, ці зіткнення є джерелом спалахів гамма-випромінювання, найенергетичнішого світла у Всесвіті. Кілонові вибухи також є фабриками для виробництва важких елементів, таких як золото та платина.

Але ми ще багато про них не знаємо. На щастя, з GW170817 було зібрано стільки даних, що вчені все ще переглядають їх, і ще деякий час. Це спонукало астрофізика Альберта Снеппена з Інституту Нільса Бора та його колег до проекту визначення форми кілонової.

Це пояснюється тим, що геометрія вибуху продиктована властивостями надщільної матерії, з якої складаються нейтронні зірки, і може допомогти вченим краще зрозуміти енергію вибуху та інші властивості злиття.

Вони думали, що приблизно знають, що збираються знайти, і що їхня робота буде полягати у встановленні більш детальних обмежень на відомі властивості. Сферичний вибух, який вони фактично виявили, свідчить про те, що нам бракує розуміння злиття нейтронних зірок.

«У вас є дві надкомпактні зірки, які обертаються навколо одна одної 100 разів за секунду, перш ніж зруйнуватися. Наша інтуїція та всі попередні моделі стверджують, що хмара вибуху, утворена зіткненням, повинна мати сплощену й досить асиметричну форму», — каже Снеппен .

«Найвірогіднішим способом зробити вибух сферичним є те, що величезна кількість енергії виходить із центру вибуху та згладжує форму, яка інакше була б асиметричною. Отже, сферична форма говорить нам, що, ймовірно, є багато енергії в центрі зіткнення, яке було непередбаченим».

Цьому є можливе пояснення. Нейтронні зірки – це те, у що зірки певної маси можуть перетворитися після того, як вони використають усе термоядерне паливо в своєму ядрі. Коли зірка досягає цієї точки, вона викидає свій зовнішній матеріал, і ядро ​​колапсує в надщільний об’єкт.

Менші зірки стають білими карликами, маса яких приблизно в 1,4 раза перевищує масу Сонця. Зірки середнього діапазону перетворюються на нейтронні зірки, маса яких приблизно у 2,4 раза перевищує масу Сонця. А більш масивні зірки перетворюються на чорні діри .

Коли дві нейтронні зірки стикаються, об’єднана маса змушує новоутворений об’єкт далі гравітаційно колапсувати, перетворюючись на чорну діру . Але за короткий проміжок часу, перш ніж це станеться, об’єкт може стати гіпермасивною нейтронною зіркою з надзвичайно потужним магнітним полем. Нещодавній аналіз показує, що це сталося з GW170817. Лише на секунду об’єкт був гіпермасивною нейтронною зіркою .

Це може пояснити сферичну кілонову, кажуть дослідники.

«Можливо, свого роду «магнітна бомба» створюється в момент, коли енергія величезного магнітного поля гіпермасивної нейтронної зірки вивільняється, коли зірка колапсує в чорну діру», — пояснює Вотсон .

«Вивільнення магнітної енергії може спричинити більш сферичний розподіл матерії у вибуху. У такому випадку народження чорної діри може бути дуже енергійним».

Але залишаються деякі питання без відповіді, зокрема про те, як важкі елементи куються в кілоновій. Ми знаємо, що це буває; Після вибуху вчені чітко виявили стронцій у викиді кілонової речовини .

У своєму аналізі кілонової команда Снеппена виявила майже сферично симетричний розподіл стронцію, який є одним із найлегших важких елементів. Але моделі припускають, що більш важкі елементи, такі як золото та уран, повинні утворюватися в окремих місцях кілонової від легших. Це, на думку дослідників, говорить про те, що тут задіяні нейтрино .

«Альтернативна ідея полягає в тому, що за мілісекунди, які живе гіпермасивна нейтронна зірка, вона випромінює дуже потужне випромінювання, можливо, включаючи величезну кількість нейтрино», — каже Снеппен .

«Нейтрино можуть змусити нейтрони перетворюватися на протони та електрони, і таким чином створювати більш легкі елементи в цілому. Ця ідея також має недоліки, але ми вважаємо, що нейтрино відіграють навіть важливішу роль, ніж ми думали».

Цілком можливо, що в грі може бути більше одного механізму. Сподіваємося, що в майбутньому ми зможемо виявити більше зіткнень нейтронних зірок у дії.