Астрофизики открыли идеальный сферический взрыв в космическом пространстве
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.
Килоновые — гигантские взрывы, происходящие, когда две нейтронные звезды вращаются вокруг друг друга и в конце концов сталкиваются. 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.
Но ученые еще многого не знают об этом явлении. Когда в 2017 году на расстоянии 140 миллионов световых лет от нас была обнаружена килоновая (AT2017gfo), ученые впервые смогли собрать подробные данные. Теперь исследователи из Копенгагенского университета сделали удивительное открытие.
«У нас есть две сверхкомпактные звезды, которые вращаются вокруг друг друга со скоростью 100 раз в секунду, прежде чем столкнуться. Наша интуиция и все предыдущие модели говорят, что облако взрыва, созданное столкновением, должно иметь сплющенную и довольно асимметричную форму», — говорит Альберт Снеппен, первый автор исследования, опубликованного в журнале Nature.
Вот почему он и его коллеги с удивлением обнаружили, что это совсем не так для килоновой AT2017gfo. 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», — говорит Дарах Уотсон, доцент Института Нильса Бора и второй автор исследования.
Сферическая форма — загадка
Но как килоновая может быть сферической — настоящая загадка. По мнению исследователей, здесь 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, которая была непредвиденной», — говорят ученые.
Когда нейтронные звезды сталкиваются, они ненадолго объединяются в единую сверхмассивную нейтронную звезду, которая затем коллапсирует в черную дыру. Исследователи предполагают, что здесь может быть скрыта большая часть тайны.
Возможно, своего рода «магнитная бомба» создается в тот момент, когда энергия огромного магнитного поля гипермассивной нейтронной звезды высвобождается при коллапсе звезды в черную дыру. Высвобождение магнитной энергии могло бы привести к более сферическому распределению вещества при взрыве. В этом случае рождение черной дыры может быть очень энергичным.
Однако эта теория не объясняет другой аспект открытия исследователей. Согласно предыдущим моделям, хотя все элементы тяжелее железа, такие как золото или уран, должны образовываться и выбрасываться в разных местах килоновой, исследователи обнаруживают только более легкие элементы (такие как стронций или криптон), и они равномерно распределены в пространстве.
Поэтому ученые 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 миллисекунды, в течение которых живет гипермассивная нейтронная звезда, она излучает очень мощно, возможно, включая огромное количество нейтрино. Нейтрино могут приводить к превращению нейтронов в протоны и электроны и, таким образом, создавать в целом более легкие элементы. У этой идеи также есть недостатки, но мы считаем, что нейтрино играют еще более важную роль, чем мы думали», — говорят ученые.