Астрономы наблюдали, возможно, "идеальный взрыв": колоссальный, полностью сферический взрыв килоновой, вызванный слиянием двух нейтронных звезд незадолго до того, как объединенное образование разрушится и образует черную дыру. Подробности исследования опубликованы в журнале Nature.
Нейтронные звезды - самые плотные объекты во Вселенной после черных дыр. Они образуются в конце жизни звезд, по крайней мере, в десять раз более массивных, чем Солнце. Все более тяжелые элементы сплавляются в ядре вплоть до железа, которое, в отличие от других элементов, не способно сплавляться. В результате объект не может выделить достаточно энергии, чтобы уравновесить гравитационную силу, и разрушается сам по себе. Его ядро сжимается, а давление превращает протоны в нейтроны.
Поэтому нейтронные звезды - это шары нейтронов с исключительно большой массой, заключенные в пространстве шириной всего в несколько километров.
При этом нейтронные звезды иногда эволюционируют парами, вращаясь друг вокруг друга. Два объекта, которые сближаются достаточно близко друг к другу, могут затем слиться в один объект, обычно черную дыру. Тем временем, в результате столкновения произойдет титанический взрыв, называемый килоновой. Это явление, предсказанное в 1974 году, было впервые четко замечено и идентифицировано только в 2013 году. Многое о нем до сих пор неизвестно, отсюда и важность данного исследования.
В этой работе исследователи из Института Нильса Бора в Германии сосредоточили внимание на килоновой, обнаруженной в 2017 году на расстоянии около 140 миллионов световых лет. Две нейтронные звезды, общая масса которых примерно в 2,7 раза превышает массу нашего Солнца, должны были вращаться друг вокруг друга в течение миллиардов лет, прежде чем столкнуться на большой скорости и взорваться.
Интуитивно, а также и особенно потому, что все предыдущие модели, казалось, указывали на это, считалось, что облако взрыва, создаваемое таким столкновением, должно иметь уплощенную и довольно асимметричную форму. Это объясняет удивление исследователей, которые, анализируя данные, поняли, что взрыв 2017 года был полностью симметричным и имел форму, близкую к идеальной сфере. "Никто не ожидал, что взрыв будет выглядеть именно так. Это не имеет смысла", — говорит Дарах Уотсон, соавтор исследования.
"Однако наши расчеты ясно показывают, что так оно и есть. Это, вероятно, означает, что в теориях и симуляциях килоновых, которые мы рассматривали последние 25 лет, отсутствуют важные физические свойства".
Тот факт, что эта килоновая имеет сферическую форму, действительно является загадкой. "Возможно, срабатывает своего рода "магнитная бомба", когда высвобождается энергия огромного магнитного поля нейтронной звезды, когда она коллапсирует в черную дыру", — задается вопросом соавтор Дарах Уотсон. "Высвобождение магнитной энергии может привести к тому, что материал во взрыве будет распределен более сферически".
Однако эта идея объясняет далеко не все. Мы знаем, что килоновы могут производить очень тяжелые элементы, такие как золото или уран. Согласно предыдущим моделям, они должны образовываться в разных местах килоновой, чем более легкие элементы, такие как стронций или криптон. Кроме того, они должны выбрасываться в разных направлениях. Однако исследователи обнаружили только самые легкие элементы, равномерно распределенные в пространстве.
Исследователи считают, что нейтрино, загадочные элементарные частицы, могут играть ключевую роль в этой "аномалии". Одна из идей заключается в том, что за те миллисекунды, которые живет гипермассивная нейтронная звезда, образовавшаяся в результате слияния, она испускает большое количество нейтрино непосредственно перед тем, как превратиться в черную дыру. Это может привести к превращению нейтронов в протоны и электроны, в результате чего образуются более легкие элементы.