Nowa kosmiczna zagadka. Dlaczego eksplozja będąca wynikiem połączenia gwiazd neutronowych jest idealnie okrągła?

W tym artykule:

1. Czym jest kilonowa?
2. Co zostawia po sobie kilonowa?
3. Idealnie kulista kilonowa
4. Dlaczego kilonowa była okrągła?
5. Tajemniczy rozkład pierwiastków

Zderzenie się gwiazd neutronowych to jedno z najbardziej spektakularnych zdarzeń we Wszechświecie. I – co nieczęsto się zdarza w przypadku zjawisk kosmicznych – takie, którego efekty towarzyszą nam na co dzień. Wystarczy, że nosimy biżuterię ze złota.

Czym jest kilonowa?

Załóżmy, że mamy na palcu złotą obrączkę. Jak powstał pierwiastek, z którego się składa? Złoto to pierwiastek ciężki, podobnie jak platyna. Połowa istniejących we Wszechświecie pierwiastków cięższych od żelaza powstała w rezultacie spektakularnych wybuchów będących m.in. rezultatem połączenia się gwiazd neutronowych. Później atomy złota podróżowały przez przestrzeń międzygwiezdną, dotarły do mgławicy słonecznej i ostatecznie weszły w skład skorupy ziemskiej.

Jednak zanim do tego doszło, gdzieś musiała rozbłysnąć kilonowa. Czyli dwie gwiazdy neutronowe musiały zbliżyć się do siebie, zacząć się przyciągać, a następnie w gigantycznym wybuchu scalić się na milisekundy w jednej obiekt, który następnie zapadł się w czarną dziurę.

Według fizyków kosmici mogą używać czarnych dziur jako komputerów kwantowych

Dlaczego ciągle nie odkryliśmy pozaziemskich cywilizacji? Być może nie szukamy tego, co trzeba. Dwóch naukowców uważa, że zaawansowani kosmici mogą używać czarnych dziur jako kwantowych ...

Co zostawia po sobie kilonowa?

Kilonowa jest wybuchem, który możemy uchwycić z pomocą różnego rodzaju obserwatoriów. Scalanie się gwiazd jest źródłem fal grawitacyjnych i promieniowania gamma. Natomiast rozszerzający się, szybko stygnący obłok materii, który w efekcie kilonowej został wyrzucony w kosmos, emituje promieniowanie rentgenowskie, światło widzialne i fale radiowe. To sprawia, że jeśli tylko uda się dostrzec kilonową, można ją badać na wiele różnych sposobów.

W 2017 r. detektory fal grawitacyjnych zarejestrowały fale będące rezultatem połączenia się dwóch gwiazd neutronowych. Zjawisko zostało oznaczone jako GW170817. Doszło do niego w galaktyce odległej od nas o ok. 140 mln lat świetlnych.

Zdarzenie to „trwało na tyle długo, że udało się je zbadać za pomocą 70 teleskopów. Jeden po drugim prowadziły obserwacje w szerokim zakresie promieniowania elektromagnetycznego, od promieni gamma po fale radiowe” – pisze astronom Paul Mudrin w książce „Wszechświat. Biografia”. Słabe promieniowanie będące pozostałością tego zdarzenia utrzymywało się aż 2,5 roku.

Idealnie kulista kilonowa

Chociaż o kilonowej, której efektem była detekcja fal GW170817, pisze się już w popularnonaukowych książkach, nie oznacza to wcale, że całe zdarzenie należy wyłącznie do historii. W najnowszym numerze „Nature” ukazała się praca zespołu astronomów, dotycząca tamtej eksplozji. Naukowcy przeanalizowali jeszcze raz dane zebrane w czasie obserwacji wydarzenia. Odkryli coś, co przeczy teoriom opisującym kilonowe.

Jak do nich dochodzi? – Masz dwie ultrakompaktowe (czyli małych rozmiarów i jednocześnie wyjątkowo ciężkie – przyp. red.) gwiazdy. Gwiazdy te przed zapadnięciem się okrążają się 100 razy na sekundę. Intuicja i wszystkie modele podpowiadają, że eksplozja, która jest efektem ich zderzenia, powinna być spłaszczona i asymetryczna – mówi 24-letni Albert Sneppen z Instytutu Nielsa Bohra, pierwszy autor pracy.

Jednak w przypadku kilonowej z 2017 r. modele zawiodły. – Choć nie ma to sensu, była okrągła, jak piłka. Nikt się nie spodziewał, że eksplozja może wyglądać w ten sposób, jednak nasze obliczenia wyraźnie to pokazują – mówi Albert Sneppen.

Dlaczego kilonowa była okrągła?

Taki kształt wybuchu jest bardzo zagadkowy. – Prawdopodobnie oznacza, że teorie i symulacje kilonowych, którymi posługujemy się od 25 lat, zawierają luki w obrębie ważnych praw fizyki – mówi Darach Watson z Uniwersytetu Kopenhaskiego, współautor pracy.

Czego te luki mogłyby dotyczyć? By eksplozja była idealnie okrągła, gigantyczna energia musi wydostać się dokładnie z jej jądra. Czyli w przypadku łączenia się gwiazd neutronowych musi pojawić się moment, gdy energia uwalnia się z samego centrum zdarzenia. Zdaniem badaczy może to być chwila, gdy obie gwiazdy są już jedną gigantyczną gwiazdą neutronową, istniejącą tylko ułamki sekundy przed zapadnięciem się w czarną dziurę.

Gdy do tego dochodzi, może powstać niezwykle silne pole magnetyczne. To ono mogłoby sprawić, że materia wyrzucona w czasie eksplozji nabrałaby kulistego kształtu.

Tajemniczy rozkład pierwiastków

Wyjaśnienie to, zaznaczają naukowcy, ma jednak pewną lukę. Nie tłumaczy mianowicie innego fenomenu, który wykryto. Zgodnie z obecnymi modelami najcięższe pierwiastki powstałe w kilonowej, takie jak złoto czy uran, powinny powstać w jej innych częściach niż nieco lżejsze, jak stront czy krypton. W przypadku kilonowej z 2017 r. okazało się jednak, że wykryto tylko te nieco lżejsze pierwiastki – i to równomiernie rozłożone w przestrzeni.

Dlaczego tak się stało – na razie nie wiadomo. Badacze przypuszczają, że wpływ na taki wynik mogła mieć związana z kilonową emisja neutrin.

Źródło: EurekAlert, Nature

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com