Столкновение нейтронных звезд создало настолько совершенную сферу, что это шокировало физиков

Колоссальный взрыв, возникший в результате слияния двух нейтронных звезд, имеет неожиданно совершенную форму.

Согласно новому анализу последствий исторического столкновения нейтронных звезд, наблюдавшегося в 2017 году, взрыв килоновой, произведенный две звезды представляли собой полностью симметричную, почти идеальную сферу. И астрономы просто не знают, почему. Это противоречит всем предыдущим предположениям и моделям килоновых.

«Никто не ожидал, что взрыв будет выглядеть так. Нет никакого смысла в том, что он сферический, как шар», — говорит астрофизик Дарак Уотсон из Нильса. Институт Бора в Дании.

«Но наши расчеты ясно показывают, что это так. Это, вероятно, означает, что в теориях и симуляциях килоновых, которые мы рассматривали в течение последних 25 лет, отсутствует важная физика».

Мы редко наблюдаем столкновения нейтронных звезд. Взрыв 2017 года, получивший название GW170817, был не просто первым в истории, он остался непревзойденным в плане деталей. Из него мы узнали ряд вещей о Вселенной. Например, эти столкновения являются источником всплесков гамма-излучения, самого энергичного света во Вселенной. Возникающие в результате взрывы килоновых также являются фабриками по производству тяжелых элементов, таких как золото и платина.

Но мы еще многого о них не знаем. К счастью, было собрано так много данных о GW170817, что ученые все еще просеивают все это и будут это делать в течение некоторого времени. Это привело астрофизика Альберта Снеппена из Института Нильса Бора и его коллег к проекту по определению формы килоновой.

Это связано с тем, что геометрия взрыва определяется свойствами сверхплотной материи. из которых состоят нейтронные звезды, и может помочь ученым лучше понять энергию взрыва и другие свойства слияния.

Они думали, что примерно знают, что собираются найти, и что их работа будет посвящена наложение более подробных ограничений на известные свойства. Сферический взрыв, который они на самом деле обнаружили, говорит о том, что наше понимание слияния нейтронных звезд отсутствует.

«У вас есть две сверхкомпактные звезды, которые вращаются вокруг друг друга 100 раз в секунду, прежде чем коллапсировать. Наша интуиция и все предыдущие модели , говорят, что взрывное облако, созданное столкновением, должно иметь уплощенную и довольно асимметричную форму», — говорит Снеппен.

«Наиболее вероятный способ сделать взрыв сферическим, если огромное количество энергии вырвется из центр взрыва и сглаживает форму, которая в противном случае была бы асимметричной. Таким образом, сферическая форма говорит нам о том, что в ядре столкновения, вероятно, много энергии, что было непредвиденно.»

Там возможное объяснение этому. Нейтронные звезды — это то, во что могут превратиться звезды данной массы после того, как они израсходуют все термоядерное топливо в своем ядре. Когда звезда достигает этой точки, она выбрасывает свой внешний материал, а ядро ​​коллапсирует в сверхплотный объект.

Меньшие звезды становятся белыми карликами, масса которых примерно в 1,4 раза превышает массу Солнца. Звезды среднего радиуса действия превращаются в нейтронные звезды, масса которых примерно в 2,4 раза превышает массу Солнца. А более массивные звезды превращаются в черные дыры.

При столкновении двух нейтронных звезд объединенная масса заставляет новообразованный объект еще больше гравитационно коллапсировать, превращаясь в черную дыру. Но за короткий промежуток времени до того, как это произойдет, объект может превратиться в гипермассивную нейтронную звезду с чрезвычайно мощным магнитным полем. Недавний анализ показывает, что именно это и произошло с GW170817. Всего на секунду объект был гипермассивной нейтронной звездой.

Это могло бы объяснить сферическую форму килоновой, говорят исследователи.

«Возможно, на момент, когда энергия огромного магнитного поля гипермассивной нейтронной звезды высвобождается, когда звезда коллапсирует в черную дыру», — объясняет Уотсон.

«Высвобождение магнитной энергии может привести к тому, что вещество при взрыве распределены более сферически. В этом случае рождение черной дыры может быть очень энергичным».

Однако остаются без ответа некоторые вопросы, особенно о том, как тяжелые элементы выковываются в килоновой. Мы знаем, что это происходит; после взрыва ученые четко обнаружили стронций в выбросах килоновой.

В своем анализе килоновой группа Снеппена обнаружила почти сферически симметричное распределение стронция, который является одним из самых легких тяжелых элементов. . Но модели предполагают, что более тяжелые элементы, такие как золото и уран, должны образовываться в разных местах килоновой, а не более легких. Команда считает, что это предполагает участие нейтрино.

«Альтернативная идея состоит в том, что за миллисекунды жизни гипермассивной нейтронной звезды она излучает очень мощно, возможно, включая огромное количество нейтрино», — Снеппен. говорит.

«Нейтрино может заставить нейтроны преобразовываться в протоны и электроны, и, таким образом, создавать более легкие элементы в целом. У этой идеи также есть недостатки, но мы считаем, что нейтрино играют даже более важную роль, чем мы думали. «

Возможно, что задействовано более одного механизма. Надеемся, что обнаружение новых столкновений нейтронных звезд в действии в будущем поможет их выявить.

Исследование опубликовано в Nature.