Когда у массивной звезды заканчивается топливо и она умирает, она может погаснуть в сиянии славы, взорвавшись как сверхновая.
Но сверхновые - не единственные большие взрывы. Войдите в «килонова». Она в 1000 раз ярче новой звезды (когда вспыхивает белый карлик), но не такая яркая, как сверхновая. Килонова срабатывает при столкновении двух звездных трупов. Эти события вызывают самые мощные электромагнитные взрывы во Вселенной и ответственны за то, что Вселенную осыпает золотым дождем.
Звездная шелуха
Нейтронные звезды - это звездные трупы, о которых идет речь. Созданные сверхновыми, эти чрезвычайно плотные оболочки остаются после того, как массивные звезды заканчивают свою жизнь. Они состоят в основном из нейтронов и имеют ширину около дюжины миль. Но не позволяйте их относительно миниатюрным размерам обмануть вас. Они упаковывают массу целой звезды (более массивной, чем наше Солнце) в свои крошечные объемы и обладают сильными магнитными полями. Это означает, что нейтронные звезды являются одними из самых экстремальных объектов в известной Вселенной. Чайная ложка материала нейтронной звезды весит 1 миллиард тонн (907 миллионов метрических тонн).
Материя нейтронной звезды не ведет себя как обычная материя. Эти объекты, в которых преобладает гравитация, разрушают все, из чего они состоят, до «дегенеративного» состояния. То есть давление настолько велико, что квантовая механика - единственное, что не дает их массе схлопнуться в себя и создать черную дыру.
Итак, если бы две нейтронные звезды столкнулись, это, очевидно, было бы невероятно жестоким и разрушительным событием. 17 августа ученые увидели последствия такого столкновения благодаря Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (Advanced LIGO) в США. С. и гравитационно-волновая обсерватория Девы в Италии. Эти передовые гравитационно-волновые обсерватории обнаружили очень странный слабый сигнал, исходящий от галактики под названием NGC 4993, находящейся в 130 миллионах световых лет от нас.
Астрономия с несколькими мессенджерами
До этого момента детекторы гравитационных волн обнаруживали только слияние черных дыр на расстоянии миллиардов световых лет, поэтому измерение слабого сигнала на сравнительно близком расстоянии стало неожиданностью. После анализа предательского «чириканья» гравитационных волн (быстрое увеличение частоты, когда два массивных объекта вращаются вокруг друг друга, в конечном итоге сталкиваясь и сливаясь), ученые поняли, что сигнал, названный GW170817, не был слиянием черных дыр, это был на самом деле слияние двух нейтронных звезд. Звезды с массами всего в 1,1 и 1,6 массы Солнца оказались в ловушке гравитационного танца, скручиваясь друг с другом и сталкиваясь.
Когда обнаружение было сделано, гамма-обсерватория Ферми НАСА и европейский космический телескоп ИНТЕГРАЛ также зафиксировали мощную вспышку гамма-излучения, исходящего от NGC 4993, известную как короткий гамма-всплеск (GRB).
Хотя ученые предположили, что короткие гамма-всплески генерируются столкновением нейтронных звезд, это можно было подтвердить только с помощью детекторов гравитационных волн. Это первый случай, когда ученые измерили как гравитационные, так и электромагнитные волны от одного космического события, связав гамма-всплеск со слиянием нейтронных звезд и открыв совершенно новый способ изучения Вселенной, известный как «астрономия с несколькими посланниками»."
Килонова
Гравитационные волны помогли нам связать гамма-всплеск со столкновением нейтронных звезд, но что создало гамма-всплеск?
Слияние нейтронных звезд, породившее GW170817, несомненно, было насильственным. Когда две массы быстро вращались вокруг друг друга и вступили в контакт, огромное количество материала сверхгорячей нейтронной звезды было выброшено в космос. Когда это произошло, это подготовило почву для фейерверка kilonova.
Поскольку нейтронные звезды состоят в основном из нейтронов, а нейтроны являются ключевым компонентом (наряду с протонами) атомных ядер, внезапно после столкновения нейтронной звезды вокруг появилось МНОГО субатомных строительных блоков. Условия были настолько экстремальными, что эта среда созрела для того, чтобы куски радиоактивного материала нейтронных звезд слипались, создавая новые элементы. Благодаря процессу, называемому быстрым захватом нейтронов («r-процесс»), нейтроны присоединялись к вновь созданным элементам до того, как они могли радиоактивно распасться. Создание новых элементов породило поразительное количество энергии, излучая мощное гамма-излучение, генерируя гамма-всплески, которые астрономы видели на расстоянии 130 миллионов световых лет.
Последующие исследования места турбулентного взрыва с помощью космического телескопа Хаббл, обсерватории Джемини и Очень Большого Телескопа ESO выявили спектроскопические доказательства существования r-процесса. И это особенное: в остатках взрыва килоновой были синтезированы огромные количества тяжелых элементов, таких как золото, платина, свинец, уран и серебро..
Ученые давно задавались вопросом, как в нашей Вселенной создаются элементы тяжелее железа (элементы легче железа создаются в результате звездного нуклеосинтеза в ядрах звезд), но теперь у нас есть данные наблюдений, подтверждающие, что эти катастрофические килоновы также являются кузницами космоса. где засеяны самые тяжелые и самые ценные элементы.
Примечание редакции: эта статья была исправлена 20 октября, чтобы исправить неточность, допущенную редактором, неверно указав яркость килоновых. Сверхновые, по сути, самые яркие, за ними следуют килоновые и новые соответственно.
Интересно
Хотя гравитационные волны распространяются со скоростью света, GW170817 была обнаружена LIGO и Virgo за несколько секунд до того, как Fermi и INTEGRAL обнаружили гамма-всплеск. По данным НАСА, это связано с тем, что слияние нейтронных звезд произошло первым (запустив гравитационные волны), а килоновая вспыхнула через несколько мгновений (взорвав вселенную гамма-лучами).
Часто задаваемые вопросы
Что объясняет килонова?
Килонова - это взрыв в результате столкновения двух нейтронных звезд или нейтронной звезды и черной дыры. Эти события чрезвычайно энергичны и могут высвободить столько энергии за несколько секунд, сколько наше Солнце произведет за все 10 миллиардов лет своей жизни.