Астрофизики создали новый инструмент для моделирования взрыва килоновой
Ученые разработали программу для моделирования наблюдаемых сигналов после взрыва килоновой. Она позволяет точно определить, что именно происходит во время слияния двух вращающихся по орбите нейтронных звезд, как ведет себя материя и почему во время этого процесса может образоваться золото.
Международная группа исследователей преимущественно из Института гравитационной физики Макса Планка и Потсдамского университета разработала программное обеспечение для анализа взрыва килоновой. Они сопоставили данные наблюдений нейтронных звезд с помощью радиотелескопов и рентгеновских обсерваторий, а также расчеты специалистов по ядерной физике и результаты проведенных экспериментов в ускорителях элементарных частиц на Земле. До этого источники данных анализировались по-отдельности, а в некоторых случаях сведения интерпретировались с использованием различных физических моделей.
«Анализируя данные последовательно и одновременно, мы получаем более точные результаты. Новый метод поможет анализировать свойства вещества при экстремальных плотностях. Это также позволит лучше понять расширение Вселенной и то, в какой степени тяжелые элементы образуются при слияниях нейтронных звезд», — пояснили авторы научной работы.
Когда нейтронные звезды сталкиваются, частицы богатой нейтронами материи выбрасываются в космос. Это создает среду, насыщенную свободными нейтронами, где могут образоваться тяжелые элементы за пределами периодической таблицы Менделеева — ученые называют это «процессом быстрого захвата» или «r-процессом».
Такие элементы сами по себе нестабильны, поэтому распадаются на стабильные тяжелые элементы, такие как золото и уран. Этот процесс сопровождается электромагнитным излучением, которое образовывает вспышку килоновой. Именно поэтому, по мнению ученых, нужно изучать килоновые, чтобы понять физические процессы, в результате которых образуются тяжелые элементы.
Новый метод был применен к первому и пока единственному наблюдению слияния двойных нейтронных звезд, которое состоялось 17 августа 2017 года и получило обозначение GW170817. Астрономическое событие произошло в результате столкновения нейтронных звезд, расположенных на расстоянии 130 млн световых лет от Земли. Последние несколько тысяч оборотов звезд друг вокруг друга исказили пространство-время настолько, что привели к появлению гравитационных волн. Их зафиксировали земные гравитационно-волновые обсерватории Advanced LIGO и Advanced Virgo.
Согласно выводам исследователей, когда две звезды слились, произошел выброс новообразованных тяжелых элементов. Некоторые из них подверглись радиоактивному распаду, что привело к повышению температуры. Вызванный тепловым излучением электромагнитный сигнал в оптическом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах был обнаружен в течение двух недель после столкновения. Гамма-всплеск, также вызванный слиянием нейтронных звезд, вызвал выброс дополнительной материи. Реакция вещества нейтронной звезды с окружающей средой привела к образованию рентгеновских лучей и радиоизлучений, которые можно было отслеживать в период от нескольких дней до нескольких лет.
Детекторы гравитационных волн в настоящее время проводят четвертый цикл наблюдений. Это исследование будет продолжено по мере того, как лазерная гравитационно-волновая обсерватория LIGO в США, детектор гравитационных волн Virgo в Италии и детектор гравитационных волн KAGRA в Японии получат обновления. Ученые планируют использовать новый инструмент при обнаружении следующего слияния нейтронных звезд.
