Сколлапсировавшая нейтронная звезда породила взрыв в форме идеальной сферы, повергнув в шок все научное сообщество
Согласно новому анализу последствий исторического столкновения нейтронных звезд, наблюдавшегося в 2017 году, взрыв килоновой, произведенный двумя звездами, представлял собой полностью симметричную, почти идеальную сферу. И астрономы просто не знают, почему это произошло — данное явление противоречит всем предыдущим предположениям и моделям килоновых.
Как взрываются килоновые
Мы редко видим 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, данных о GW170817 было собрано так много, что ученые все еще просеивают их и будут делать это в течение некоторого времени. Анализ этого массива информации и привел астрофизика Альберта Снеппена из Института Нильса Бора и его коллег к проекту по определению формы килоновой звезды.
Геометрия взрыва диктуется свойствами сверхплотной материи, из которой состоят нейтронные звезды, а потому их изучение поможет ученым лучше понять энергию взрыва и другие свойства слияния. Сферический взрыв, который обнаружили ученые, предполагает, что наше понимание слияния нейтронных звезд... почти полностью 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 облако взрыва, созданное столкновением, должно иметь сплющенную и довольно асимметричную форму», — заявил Снеппен.
«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, которое было непредвиденным», — добавил ученый.
Коллапс нейтронной звезды
Этому есть возможное объяснение. 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.
Когда же сталкиваются две нейтронные звезды, 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.
Исследователи говорят, что это может объяснить сферическую килонову.
«Возможно, своего рода "магнитная бомба" создается в тот 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 будет распределено более сферически. В этом случае рождение черной дыры может быть очень энергичным».
Но остаются без ответа некоторые вопросы, в частности, о том, как тяжелые элементы выковываются в килоновой. Мы знаем, что это происходит; после взрыва ученые четко обнаружили стронций в выбросах звезды.
В своем анализе группа Снеппена вявила почти сферически-симметричное распределение стронция, который является одним из самых легких тяжелых элементов. Но модели предполагают, что в разных местах килоновой вместо более легких элементов, таких как золото и уран, должны образовываться более тяжелые. Команда считает, что данное обстоятельство предполагает участие в процессе нейтрино.
«Альтернативная идея заключается в том, что за миллисекунды жизни сверхмассивной нейтронной звезды она излучает очень мощно, возможно, включая огромное количество нейтрино. Они могут заставлять нейтроны превращаться 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».