Wydawało się to niemożliwe, a jednak. Gwiazdy neutronowe tworzą eksplozje idealne

Kiedy gwiazdy neutronowe zderzają się ze sobą, dochodzi do eksplozji, która ma kształt idealnej kuli. Choć jest to trudne do zrozumienia, odkrycie to może stanowić klucz do podstaw fizyki i pomiaru wieku Wszechświata.
Kilonowa – wizja artystyczna /Fot. Carnegie Institution for Science

Kilonowa – wizja artystyczna /Fot. Carnegie Institution for Science

Kilonowa to zjawisko astronomiczne, do którego dochodzi, gdy zderzają się dwie gwiazdy zdegenerowane (zawierające tzw. materią zdegenerowaną), np. gwiazdy neutronowe lub gwiazda neutronowa i czarna dziura. Skutkuje to krótkotrwałym, ale intensywnym rozbłyskiem gamma i powstaniem najcięższych pierwiastków układu okresowego, m.in. uranu, złota, platyny.

Gwiazdy neutronowe, kilonowe i wybuchy idealne

O zjawiskach tych wiemy jednak niewiele. W 2017 r. udało się wykryć kilonową w odległości 140 mln lat świetlnych od nas, co pozwoliło na zebranie szczegółowych danych. Mimo iż minęło od tego czasu już ponad 5 lat, to naukowcy wciąż analizują zebrane dane tej kolosalnej eksplozji. Naukowcy z Uniwersytetu Kopenhaskiego pod kierunkiem dr Alberta Sneppena i prof. Daracha Watsona dokonali niezwykłego odkrycia.

Masz dwie superkompaktowe gwiazdy, które orbitują wokół siebie 100 razy na sekundę przed zapadnięciem się. Nasza intuicja i wszystkie wcześniejsze modele mówią, że chmura eksplozji powstała w wyniku zderzenia musi mieć spłaszczony i raczej asymetryczny kształt. Jest jednak inaczej. Dr Albert Sneppen z Instytutu Nielsa Bohra

Kilonowa z 2017 r. jest całkowicie symetryczna i ma kształt idealnej kuli. Jak to możliwe? Tego typu losowe zdarzenia astronomiczne wcale nie powinny tak wyglądać.

Nikt nie spodziewał się, że eksplozja będzie tak wyglądać. Nie ma sensu, by była kulista, jak piłka. Ale nasze obliczenia wyraźnie pokazują, że tak jest. To prawdopodobnie oznacza, że w teoriach i symulacjach, które rozważaliśmy przez ostatnie 25 lat, brakuje ważnych podstaw. Prof. Darach Watson z Instytutu Nielsa Bohra

To, że kilonowe są kuliste jest sprzeczne z intuicją – naukowcy nie znają wyjaśnienia tej zagadki. Naukowcy mają kilka hipotez, ale żadna z nich nie jest w pełni satysfakcjonująca.

Najbardziej prawdopodobnym sposobem, aby eksplozja była kulista, jest to, że ogromna ilość energii wydmuchuje się z centrum eksplozji i wygładza kształt, który w przeciwnym razie byłby asymetryczny. Tak więc kulisty kształt mówi nam, że prawdopodobnie w jądrze kolizji jest dużo energii. Dr Albert Sneppen

Gdy mówimy o łączeniu gwiazd neutronowych, na krótko powstaje jedna hipermasywna gwiazda neutronowa, która zapada się w czarną dziurę. To właśnie w tym krótkotrwałym procesie kryje się część tajemnicy. Być może powstaje coś na kształt “bomby magnetycznej”. Uwolnienie energii magnetycznej może sprawić, że materia w wybuchu będzie rozłożona bardziej sferycznie.

Czytaj też: Zdarzenie 1 na 10 miliardów. Zaobserwowana kilonowa to astronomiczna perełka 

Ale nie rozwiązuje to wszystkich wątpliwości. Choć wszystkie pierwiastki powstałe w wyniku kilonowej są cięższe od żelaza, to te najbardziej skrajnie ciężkie (złoto, uran), powinny powstawać w innych miejscach niż lżejsze (stront, krypton), a także wyrzucane w różnych kierunkach. Pomiary wykrywają tylko lżejsze pierwiastki i to równomiernie rozmieszczone w przestrzeni. Dlatego wydaje się, że tajemnicy kilonowych nie uda się rozwikłać, bez angażowania enigmatycznych cząstek elementarnych, jakimi są neutrina.

Alternatywny pomysł jest taki, że w ciągu milisekund, w których żyje hipermasywna gwiazda neutronowa, emituje ona ogromne ilości neutrin. Te mogą spowodować, że neutrony przekształcą się w protony i elektrony, a tym samym powstanie ogólnie większej ilości lżejszych pierwiastków. Ten pomysł również ma braki, ale wierzymy, że neutrina odgrywają jeszcze ważniejszą rolę niż myśleliśmy. Dr Albert Sneppen

Szczegóły badania uczonych z Uniwersytetu Kopenhaskiego można przeczytać w Nature.