Ce se întâmplă atunci când stelele neutronice se ciocnesc?

Atunci când se prăbușesc, stelele pot lăsa în urmă rămășițe incredibil de dense, dar relativ mici și reci, numite stele neutronice. Dacă două stele se prăbușesc în imediata apropiere, stelele de neutroni binare rămase intră în spirală și, în cele din urmă, se ciocnesc, iar interfața în care cele două stele încep să fuzioneze devine incredibil de fierbinte.

Noile simulări ale acestor evenimente arată că neutrinii fierbinți – particule minuscule, în esență fără masă, care interacționează rareori cu altă materie – care sunt creați în timpul coliziunii pot fi prinși pentru scurt timp la aceste interfețe și rămân în dezechilibru cu nucleele reci ale stelelor care fuzionează timp de 2 până la 3 milisecunde.

În acest interval de timp, simulările arată că neutrinii pot interacționa slab cu materia stelelor, ajutând la readucerea particulelor la echilibru și oferind noi informații despre fizica acestor evenimente puternice.

O lucrare care descrie simulările, realizată de o echipă de cercetători condusă de fizicieni de la Penn State, a apărut în revista Physical Reviews Letters.

„Pentru prima dată în 2017, am observat aici, pe Pământ, semnale de diferite tipuri, inclusiv unde gravitaționale, de la o fuziune binară de stele neutronice”, a declarat Pedro Luis Espino, cercetător postdoctoral la Penn State și la Universitatea California, Berkeley, care a condus cercetarea.

Semnale de diferite tipuri, inclusiv unde gravitaționale, de la o fuziune

„Acest lucru a dus la o creștere uriașă a interesului pentru astrofizica stelelor binare de neutroni. Nu există nicio modalitate de a reproduce aceste evenimente într-un laborator pentru a le studia experimental, așa că cea mai bună fereastră pe care o avem pentru a înțelege ce se întâmplă în timpul unei fuziuni de stele neutronice binare este prin simulări bazate pe matematica rezultată din teoria relativității generale a lui Einstein.”

Stelele neutronice își primesc numele deoarece se crede că sunt compuse aproape în întregime din neutroni, particule fără sarcină care, împreună cu protonii încărcați pozitiv și electronii încărcați negativ, alcătuiesc atomii, scrie EurekAlert.

Se crede că densitatea lor incredibilă – doar găurile negre sunt mai mici și mai dense – stoarce protonii și electronii împreună, fuzionându-i în neutroni. O stea neutronică tipică are un diametru de zeci de kilometri, dar are o masă de aproximativ o dată și jumătate mai mare decât cea a Soarelui, care are un diametru de aproximativ 1,4 milioane de kilometri.

Nu există nicio modalitate de a reproduce aceste evenimente într-un laborator

„Pe măsură ce se ciocnesc, stelele neutronice pot deveni foarte fierbinți, interfața stelelor care se ciocnesc poate fi încălzită până la temperaturi de ordinul a trilioane de grade. Cu toate acestea, ele sunt atât de dense încât fotonii nu pot scăpa pentru a disipa căldura; în schimb, credem că se răcesc prin emiterea de neutrini”, a declarat David Radice, profesor asistent de fizică și de astronomie și astrofizică în cadrul Colegiului de Științe Eberly de la Penn State și unul dintre liderii echipei de cercetare.

Potrivit cercetătorilor, neutrinii sunt creați în timpul coliziunii, deoarece neutronii din stele se ciocnesc unul de celălalt și sunt despărțiți în protoni, electroni și neutrini. Pentru a încerca să răspundă la această întrebare, echipa de cercetători a creat simulări care necesită cantități masive de putere de calcul și care modelează fuziunea stelelor binare de neutroni și toată fizica asociată.

Simulările au arătat pentru prima dată că, deși pentru scurt timp, chiar și neutrinii pot fi prinși în capcană de căldura și densitatea fuziunii. Neutrinii fierbinți nu se află în echilibru cu nucleele încă reci ale stelelor și pot interacționa cu materia stelelor.

Cercetătorii au explicat că interacțiunile fizice precise care au loc în timpul fuziunii pot avea un impact asupra tipurilor de semnale care ar putea fi observate pe Pământ în urma fuziunii stelelor binare.

Vă recomandăm să mai citiți și:

A fost măsurată pentru prima oară viteza jeturilor unei stele neutronice

Oamenii de știință au surprins rafalele de vânt dintr-un sistem îndepărtat de stele neutronice

Astronomii au descoperit stele neutronice masive care au trăit și murit într-o clipită

Astronomii au oferit cea mai precisă măsurătoare a unei stele neutronice