Впервые измерена температура элементарных частиц в столкновении нейтронных звёзд

Момент рождения атомов впервые наблюдался в послесвечении килоновой

Группа астрофизиков из Института Нильса Бора Копенгагенского университета совершила прорыв в изучении столкновения двух нейтронных звёзд и происхождений чёрных дыр, впервые измерив температуру элементарных частиц в радиоактивном свечении после этого события. Результаты исследования, опубликованные в Astronomy & Astrophysics, предоставляют уникальную возможность изучить микроскопические физические свойства в таких событиях и приблизиться к ответу на вопрос о происхождении элементов тяжелее железа.

Столкновение нейтронных звёзд привело к образованию самой маленькой чёрной дыре, когда-либо наблюдаемой, и созданию остаточного пузыря, расширяющегося почти со скоростью света. Этот объект, известный как килоновая, светится с яркостью, сравнимой с сотнями миллионов солнц, благодаря испусканию большого количества радиации в результате распада тяжёлых радиоактивных элементов.

Художественное изображение столкновения нейтронной звезды, оставляющее после себя быстро расширяющееся облако радиоактивного материала. Источник: NASA Goddard Space Flight Center, CI Lab

Исследователи объединили измерения света килоновой, полученные с помощью телескопов по всему миру, включая Австралию, Южную Африку и космический телескоп «Хаббл». «Этот астрофизический взрыв развивается драматично и динамично, поэтому ни один телескоп не может проследить всю его историю. Но объединив существующие измерения, мы можем проследить его развитие в мельчайших подробностях», — говорит Альберт Снеппен, аспирант Института Нильса Бора и руководитель исследования.

Сразу после столкновения раздробленная звёздная материя имеет температуру во много миллиардов градусов, что приводит к образованию ионизированной плазмы, где электроны не прикрепляются к ядрам атомов. Однако в последующие мгновения звёздная материя остывает, позволяя электронам прикрепиться к атомным ядрам и создать атомы. «Теперь мы можем видеть момент, когда атомные ядра и электроны объединяются в послесвечении. Впервые мы видим создание атомов, можем измерить температуру материи и увидеть микрофизику этого взрыва», — говорит Расмус Дамгаард, аспирант Центра Cosmic DAWN и соавтор исследования.

Наблюдения тяжёлых элементов, такими как стронций и иттрий, указывают на то, что многие другие тяжёлые элементы также могли быть созданы во время этого или подобного взрывов. «Мы видим события до, во время и после момента рождения атомов. Это как любоваться тремя космическими фоновыми излучениями, окружающими нас со всех сторон, но здесь мы можем видеть всё со стороны», — добавляет Дамгаард.

Каспер Хайнц, соавтор и доцент Института Нильса Бора, отмечает: «Материя расширяется и увеличивается в размерах так быстро, что свету требуются часы, чтобы пройти через взрыв. Вот почему, просто наблюдая за отдалённым концом этого огненного шара, мы можем заглянуть дальше в историю взрыва». Это исследование предоставляет уникальную возможность изучить экстремальные космические события и приблизиться к пониманию происхождения тяжёлых элементов во Вселенной.