Kilonova’nın sanatsal çizimi. Kredi: Robin Dienel/Carnegie Bilim Enstitüsü)
Nötron yıldızları çarpıştığında Onlar üretmek AN aksine patlama Yakın zamana kadar neye inanılıyordu?, mükemmel bir küre şeklindedir. Rağmen bu nasıl mümkün olabilir hala bir gizem, keşif temel fizik için yeni bir anahtar sağlayabilir ve ölçüm the yaşı Evren. Keşif, Kopenhag Üniversitesi’nden astrofizikçiler tarafından yapıldı ve dergide yayınlandı. Doğa.
Kilonovae – iki nötron yıldızı birbirinin yörüngesinde dönüp sonunda çarpıştığında meydana gelen dev patlamalar – karadeliklerden parmağınızdaki altın yüzükteki atomlara ve vücudumuzdaki iyota kadar evrende hem büyük hem de küçük şeylerin yaratılmasından sorumludur. . Evrendeki en aşırı fiziksel koşullara yol açarlar ve bu aşırı koşullar altında Evren, periyodik tablonun altın, platin ve uranyum gibi en ağır elementlerini yaratır.
Ancak bu şiddet olgusu hakkında hâlâ bilmediğimiz çok şey var. 2017 yılında 140 milyon ışıkyılı uzaklıkta bir kilonova tespit edildiğinde, bilim insanları ilk kez detaylı veri toplayabildi. Şaşırtıcı bir keşif yapan Kopenhag Üniversitesi’nden Albert Sneppen ve Darach Watson da dahil olmak üzere, dünyanın dört bir yanındaki bilim adamları hala bu devasa patlamadan elde edilen verileri yorumluyorlar.
“Çökmeden önce saniyede 100 kez birbirlerinin yörüngesinde dönen iki süper kompakt yıldızınız var. Niels Bohr Enstitüsü’nde doktora öğrencisi ve dergide yayınlanan çalışmanın baş yazarı Albert Sneppen, sezgilerimiz ve önceki tüm modeller, çarpışmanın yarattığı patlama bulutunun düz ve oldukça asimetrik bir şekle sahip olması gerektiğini söylüyor. Doğa.
Bu nedenle, o ve araştırma arkadaşları, 2017’deki kilonova için durumun hiç de böyle olmadığını görünce şaşırıyorlar. Tamamen simetrik ve mükemmel bir küreye yakın bir şekle sahip.
“Kimse patlamanın böyle olmasını beklemiyordu. Bir top gibi küresel olmasının bir anlamı yok. Ama hesaplarımız öyle olduğunu açıkça gösteriyor. Niels Bohr Enstitüsü’nde doçent ve çalışmanın ikinci yazarı Darach Watson, bu muhtemelen son 25 yıldır düşündüğümüz kilonova teorilerinin ve simülasyonlarının önemli fizikten yoksun olduğu anlamına geliyor.
Kilonovae Hakkında
- Nötron yıldızları, esas olarak nötronlardan oluşan son derece kompakt yıldızlardır. Tipik olarak sadece 20 kilometre çapındadırlar, ancak Güneş’in bir buçuk ila iki katı kadar ağırlığa sahip olabilirler. bir çay kaşığı nötron yıldızı maddenin ağırlığı Everest Dağı kadar olurdu.
- İki nötron yıldızı çarpıştığında, bir kilonova olayı meydana gelir. Birleşmenin yarattığı devasa patlamanın adı budur. Muazzam bir hızla genişleyen ve çoğunlukla birleşme ve sonrasında oluşan ağır elementlerden – hem daha hafif hem de çok ağır elementler – uzaya fırlatılan radyoaktif bir ateş topudur.
- Olay 1974 yılında tahmin edilmiş ve ilk kez 2013 yılında net bir şekilde gözlemlenmiş ve tanımlanmıştır. LIGO (ABD’de) ve Başak (Avrupa’da) sansasyonel bir şekilde ölçüm yapmayı başardı. yerçekimi dalgaları 140 milyon ışıkyılı uzaklıktaki bir galakside bulunan kilonova AT2017gfo’dan.
Küresel şekil bir gizemdir
Ancak kilonovanın nasıl küresel olabileceği gerçek bir muamma. Araştırmacılara göre, oyunda beklenmedik bir fizik olmalı:
“Patlamayı küresel hale getirmenin en olası yolu, patlamanın merkezinden büyük miktarda enerjinin dışarı fırlaması ve aksi halde asimetrik olacak bir şekli düzeltmesidir. Dolayısıyla küresel şekil bize, çarpışmanın merkezinde muhtemelen öngörülemeyen çok fazla enerji olduğunu söylüyor,” diyor Albert Sneppen.
Nötron yıldızları çarpıştığında, kısaca tek bir hiper kütleli nötron yıldızı olarak birleşirler ve daha sonra bir yıldıza çökerler. Kara delik. Araştırmacılar, sırrın büyük bir kısmının bu çöküşte gizlenip gizlenmediğini tahmin ediyorlar:
“Belki de bir tür ‘manyetik bomba’, hiper kütleli nötron yıldızının kara deliğe dönüştüğü sırada devasa manyetik alanından gelen enerjinin açığa çıktığı anda yaratılıyor. Manyetik enerjinin salınması, patlamadaki maddenin daha küresel olarak dağılmasına neden olabilir. Bu durumda kara deliğin doğuşu çok enerjik olabilir” diyor Darach Watson.
Küresel patlama çizimi. Kredi bilgileri: Albert Sneppen
Ancak bu teori, araştırmacıların keşfinin başka bir yönünü açıklamıyor. Önceki modellere göre üretilen tüm elementler demirden daha ağır iken, altın veya uranyum gibi aşırı ağır elementler kilonovada stronsiyum veya kripton gibi daha hafif elementlerden farklı yerlerde oluşturulmalı ve dışarı atılmalıdır. farklı yönlerde. Araştırmacılar ise sadece daha hafif elementleri algılıyor ve bunlar uzayda eşit olarak dağılıyor.
Bu nedenle, hakkında henüz pek bir şey bilinmeyen gizemli temel parçacıkların, nötrinoların da fenomende önemli bir rol oynadığına inanıyorlar.
“Alternatif bir fikir, hiper kütleli nötron yıldızının yaşadığı milisaniyeler içinde, muhtemelen çok sayıda nötrino da dahil olmak üzere çok güçlü bir şekilde yaymasıdır. Nötrinolar, nötronların protonlara ve elektronlara dönüşmesine ve böylece genel olarak daha hafif elementler oluşturmasına neden olabilir. Bu fikrin de eksiklikleri var, ancak nötrinoların düşündüğümüzden çok daha önemli bir rol oynadığına inanıyoruz” diyor Albert Sneppen.
Yeni Bir Kozmik Hükümdar
Patlamanın şekli de tamamen farklı bir nedenle ilginç:
“Astrofizikçiler arasında Evren’in ne kadar hızlı genişlediğine dair pek çok tartışma var. Hız bize, diğer şeylerin yanı sıra, Evrenin kaç yaşında olduğunu söyler. Ve onu ölçmek için var olan iki yöntem, yaklaşık bir milyar yıldır uyuşmuyor. Burada, diğer ölçümleri tamamlayabilecek ve onlara karşı test edilebilecek üçüncü bir yöntemimiz olabilir,” diyor Albert Sneppen.
Sözde “kozmik mesafe merdiveni”, Evrenin ne kadar hızlı büyüdüğünü ölçmek için bugün kullanılan yöntemdir. Bu, basitçe, evrendeki merdiven basamakları gibi davranan farklı nesneler arasındaki mesafeyi hesaplayarak yapılır.
Darach Watson ve Albert Sneppen. Kredi bilgileri: Darach Watson
Darach Watson, “Parlaklarsa ve çoğunlukla küresellerse ve ne kadar uzakta olduklarını bilirsek, kilonovaları mesafeyi bağımsız olarak ölçmenin yeni bir yolu, yeni bir tür kozmik yönetici olarak kullanabiliriz” diyor ve devam ediyor:
“Şeklin ne olduğunu bilmek burada çok önemlidir, çünkü küresel olmayan bir nesneniz varsa, görüş açınıza bağlı olarak farklı şekilde yayar. Küresel bir patlama, ölçümde çok daha fazla hassasiyet sağlar.”
Bunun daha fazla kilonovadan veri gerektirdiğini vurguluyor. LIGO gözlemevlerinin önümüzdeki yıllarda çok daha fazla kilonova tespit etmesini bekliyorlar.
Referans: “Kilonova AT2017gfo/GW170817’de küresel simetri”, Albert Sneppen, Darach Watson, Andreas Bauswein, Oliver Just, Rubina Kotak, Ehud Nakar, Dovi Poznanski ve Stuart Sim, 15 Şubat 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-022-05616-x
Analizler, 2017’den itibaren kilonova AT2017gfo’dan alınan veriler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Bu veriler, Avrupa Güney Gözlemevi’ndeki Çok Büyük Teleskop üzerindeki X-shooter spektrografından gelen ultraviyole, optik ve kızılötesi ışık ile yerçekimi dalgalarının önceki analizleridir. , radyo dalgaları ve Hubble Uzay Teleskobu’ndan gelen veriler.
Çalışma, önemli bir erken sonuçtur. AĞIR METAL yakın zamanda bir ERC Sinerji hibesi alan işbirliği.
Aşağıdaki araştırmacılar çalışmaya katkıda bulundu: Kopenhag Üniversitesi, Kozmik Şafak Merkezi / Niels Bohr Enstitüsü’nden Albert Sneppen ve Darach Watson; Andreas Bauswein ve Oliver Just, GSI Helmholtzentrum für Schwerionenforschung, Almanya; Finlandiya Turku Üniversitesi’nden Rubina Kotak; İsrail Tel Aviv Üniversitesi’nden Ehud Nakar ve Dovi Poznanski; ve Queen’s University Belfast, Birleşik Krallık’tan Stuart Sim.