„Acesta este un pas semnificativ inainte in intelegerea teoretica a ceea ce se intampla in fuziunile stelelor neutronice”, a declarat pentru Space.com Stuart Sim, coautor al unui studiu privind descoperirile si fizician la Universitatea din Belfast.
Determinarea a ceea ce se intampla in timpul unei coliziuni de stele neutroni are, de asemenea, implicatii importante aproape de casa. Asta pentru ca se crede ca mediile turbulente care dau nastere la kilonova sunt singurele locuri din univers potrivite pentru a forja elemente mai grele decat plumbul – inclusiv aurul pe care il folosim pentru bijuterii aici, pe Pamant . Se spera ca studierea kilonovalor ar putea dezvalui mai multe despre acest proces.
„Kilonovale sunt semnalele luminoase de la fuziunile stelelor neutronice, care sunt la originea a aproximativ jumatate din toate nucleele mai grele decat fierul. Aproape toata platina si aurul care exista astazi au fost create din fuziuni de stele neutroni”, Luke Shingles, autorul principal al studiului. cercetare si un om de stiinta de la Facility for Antiproton and Ion Research a declarat pentru Space.com. „Structura 3D pare a fi foarte importanta si ar putea fi necesar sa existe un fel de structura spumoasa cu aglomerari si bule mici, mai degraba decat o forma neteda de elipsoid pe care multi oameni si-au asumat-o.
„Daca modelul nostru este unul bun, atunci stim si modelul complet al elementelor care au fost create in aceste tipuri de evenimente”.
De ce coliziunile stelelor cu neutroni sunt un laborator unic pentru fizica
Nu este deloc surprinzator ca coliziunile dintre stele neutronice genereaza astfel de conditii violente, avand in vedere ca aceste ramasite stelare constau din cel mai dens material din universul cunoscut.
Acest lucru se datoreaza faptului ca stelele neutronice se nasc atunci cand stelele masive epuizeaza combustibilul necesar proceselor de fuziune nucleara in nucleele lor si, prin urmare, nu mai pot genera forta spre exterior care le-a sustinut impotriva fortei gravitatiei in interior de miliarde de ani. Apoi, pe masura ce nucleul stelei se prabuseste, straturile exterioare ale stelei sunt ejectate, rezultand un corp cu o masa intre una si doua ori mai mare decat cea a soarelui, cu o latime de aproximativ 20 de kilometri – o stea neutronica.
Aceasta stea neutronica rezultata este atat de densa incat, daca ar putea fi adusa pe Pamant cat o lingurita din ea, ar cantari aproximativ 10 milioane de tone – de 30 de ori mai greu decat Empire State Building din New York.
Ca atare, fuziunile stelelor cu neutroni creeaza un laborator unic in care este posibil sa se studieze lucruri pe care ar fi imposibil de simulat aici pe Pamant, ceea ce inseamna ca cercetari precum noul studiu al echipei sunt vitale cu mult dincolo de astrofizica .
„In experimentele terestre, nu poti intalni niciodata materie care este la fel de densa ca materia stelara neutra”, a adaugat Sim. „Asadar, exista intrebari fundamentale care se refera la aspecte ale fizicii particulelor si ale cromodinamicii cuantice si sunt relevante pentru a determina cat de densa este de fapt materia stelelor neutronice si cum va raspunde materia stelelor neutronice la acest proces dinamic de strivire impreuna.”
Exact ca lucrul real
Ceea ce echipa a gasit surprinzator, totusi, a fost cat de aproape modelele lor generate de computer se potrivesc cu observatiile din viata reala ale unei kilonova cunoscuta sub numele de AT2017gfo, creata de ciocnirea dintre doua stele neutronice aflate la aproximativ 130 de milioane de ani lumina distanta de noi . galaxia NGC 4993.
Shingles a explicat de ce AT2017gfo a fost singura alegere reala pentru comparatie cu simularile avansate ale echipei. „Este singurul care a fost foarte bine observat si pentru care avem spectre foarte bune luate la fiecare cateva ore”, a spus el. „Exista si alte obiecte despre care oamenii cred ca sunt probabil kilonova, dar nu au suficiente observatii pentru a vedea in detaliu cum arata kilonova”.
In ceea ce priveste bulionul neasteptat al kilonovai observat in simulari, Sim a declarat ca, desi acesta este rezultatul unei fizice complicate si nu este inca pe deplin inteles, ceea ce pare sa cauzeze structura ciudata este materia ejectata in timpul ciocnirii dintre stelele neutronice. .
„Pe masura ce doua stele neutronice se unesc, exista diverse mecanisme diferite care fac ca materialele sa fie expulzate”, a continuat Sim. „Categoria speciala de mecanism la care ne-am uitat cel mai mult aici este ca, pe masura ce incep sa se impinga impreuna, materialul se „pulseaza” de-a lungul axei. urca si coboara”.
Aceste lucruri interactioneaza apoi cu alte particule create de coliziune, care pot schimba compozitia materiei ejectate.
Un alt lucru care a sfidat asteptarile echipei a fost lipsa elementelor grele din modelele lor. Sim a explicat ca echipa a gasit o abundenta de elemente din „tabelul mediu periodic”, cum ar fi strontiul, dar o absenta a lucrurilor precum aurul si platina.
„Este un pic o surpriza. Ne vorbeste despre nucleosinteza care are loc de fapt. Si sugereaza ca aceste lucruri produc multe din aceste tipuri de elemente medii”, a spus Sim. „Dar nu avem inca dovezi definitive ale celor mai grele. Este foarte probabil cazul ca elementele grele sa fie acolo, dar sunt mai greu de identificat direct in acest obiect anume. Acesta este ceva la care ne propunem. pentru a continua sa lucram.”
Privind kilonova din toate unghiurile
In aceasta simulare, echipa a modelat ciocnirea a doua stele neutronice cu mase de aproximativ 1,3 ori mai mari decat cele ale soarelui . In prezent, sunt in curs de desfasurare si alte simulari ale coliziunilor stelelor neutronice, in care echipa a schimbat masa stelelor neutronice care se ciocnesc, precum si dinamica materiei in joc in timpul fuziunilor.
„Speram ca, in cativa ani, vom avea multe simulari similare cu aceasta si vom putea sa le comparam incrucisat si sa vedem ce lucruri pot varia de la caz la caz”, a adaugat Sim. „Speram ca vom avea si observatii de mai multe kilonova reale pentru a vedea cat de multa variatie reala exista in aceasta clasa de evenimente observate.”
Cercetatorul crede, de asemenea, ca forma 3D a modelului creat de el si colegii sai ar putea ajuta astronomii sa identifice kilonova in observatii, oferindu-le o idee despre cum arata acestea dintr-o multitudine de unghiuri.
„Ceea ce prezice aceasta simulare este ca, in functie de directia in care te uiti la kilonova, vei vedea lucruri diferite. Deci exista cateva directii in care poti sa te uiti la ea si seamana foarte mult cu AT2017gfo”, a concluzionat Sim. „Dar simularea sugereaza ca, daca te uiti la o kilonova de la o diferenta de 90 de grade de directie, ai vedea ceva destul de diferit. Deci exista o predictie acolo despre gradul de variatie la care ar trebui sa se uite observatorii, asa ca ei cu siguranta nu ar trebui sa arunce ceva doar pentru ca nu prea arata ca AT2017gfo. Ar putea fi totusi o kilonova.”
