Kiedy gwiazdy neutronowe zderzają się, eksplozja jest idealnie sferyczna

Kilonowe to niesamowicie potężne eksplozje. Podczas gdy regularne supernowe występują, gdy zderzają się dwa białe karły lub jądro masywnej gwiazdy zapada się w gwiazdę neutronową, kilonowe występują, gdy zderzają się dwie gwiazdy neutronowe. Można by pomyśleć, że zderzenia gwiazd neutronowych wytworzą eksplozje o różnych dziwnych kształtach w zależności od kąta i prędkości zderzeń, ale nowe badania pokazują, że kilonowe są bardzo sferyczne, a to ma poważne implikacje dla kosmologii.

Eksplozje Kilonova zostały po raz pierwszy przewidziane w 1974 roku, ale byliśmy w stanie wiarygodnie je zidentyfikować dopiero w ostatniej dekadzie. Częściowo wynika to ze szczegółowej analizy spektralnej i częściowo z naszej zdolności do wykrywania łączenia się gwiazd neutronowych za pomocą fal grawitacyjnych. Połączenie danych grawitacyjnych i optycznych daje nam znacznie lepsze zrozumienie tych kolizji. Eksplozje Kilonova odgrywają kluczową rolę w ewolucji wszechświata, szczególnie w sposobie tworzenia ciężkich pierwiastków. Gwiazdy neutronowe są gęstą masą nukleonów, więc ich zderzenie tworzy i rozprasza większość pierwiastków dalej wzdłuż układu okresowego niż żelazo. Elementy takie jak złoto i platyna. Większość krytycznych materiałów dla naszej elektroniki powstaje w kilonowych. Ale szczegóły tego procesu nie są dobrze rozumiane, jak widać w tym ostatnim badaniu.

Zespół przyjrzał się danym z fali grawitacyjnej GW170817. Zdarzenie było również obserwowane na falach optycznych jako AT2017gfo. Z danych fal grawitacyjnych wiemy, że dwie gwiazdy neutronowe okrążały się około 100 razy na sekundę tuż przed zderzeniem, co oznacza, że eksplozja powinna była rozszerzyć się jako nieco spłaszczony dysk. Ale kiedy zespół zmierzył ruch rozszerzającej się powłoki, znaleźli sferyczną powłokę lżejszych pierwiastków. Dlatego wiemy, że eksplozja była sferyczna, a wiemy, że nie dlatego, że gwiazdy neutronowe zderzyły się w jakiś niezwykły sferyczny sposób. Coś w eksplozji sprawia, że jest kulisty, czego zespół się nie spodziewał.

Nie wiemy, dlaczego takie eksplozje kilonowej są sferyczne, ale są pewne pomysły. Jednym z nich jest to, że dwie gwiazdy neutronowe łączą się, tworząc pojedynczą supermasywną gwiazdę neutronową, zanim zapadną się. Innym jest to, że tworzenie się czarnej dziury podczas zderzenia uwalnia intensywny sferyczny wybuch energii w ostatniej chwili, co powoduje, że materia rozszerza się w bardziej sferyczny sposób. Zrozumienie szczegółów tego procesu będzie przedmiotem dalszych badań i pomoże nam zrozumieć proces tworzenia elementów.

Istnieje drugorzędna korzyść z tego odkrycia i ma to związek z ciemną energią i kosmiczną ekspansją. Różne pomiary kosmicznej ekspansji wykazały wskaźniki, które nieco się ze sobą nie zgadzają. To “napięcie” w naszych pomiarach oznacza, że istnieje subtelny problem z naszym modelem kosmologicznym. Aby rozwiązać ten problem, astronomowie poszukiwali nowych sposobów pomiaru ekspansji kosmicznej. Dzięki tej pracy astronomowie mogli wykorzystać kilonowe jako standardową świecę do pomiaru kosmicznej ekspansji. Ponieważ wybuchy kilonnowych są sferyczne, astronomowie mogą porównać pozorny rozmiar wybuchu supernowej z jej rzeczywistym rozmiarem widzianym przez ruch gazu, a tym samym zmierzyć tempo ekspansji kosmicznej na różnych odległościach.

Wciąż jest wiele rzeczy, których nie rozumiemy na temat kilonowej, ale dzięki tym badaniom mamy nowe sposoby rozumienia ich i wszechświata jako całości.