Astrofizicienii au măsurat „dansul” electronilor în strălucirea stelelor neutronice care explodează

Temperatura particulelor elementare a fost observată în strălucirea radioactivă care i-a urmat coliziunii a două stele neutronice și nașterii unei găuri negre. Aceasta a permis, pentru prima dată, măsurarea proprietăților fizice microscopice în astfel de evenimente cosmice. Totodată, descoperirea relevă modul în care observațiile instantanee surprind un obiect extins în timp. Cum a fost măsurat „dansul” electronilor?

Această realizare le aparține astrofizicienilor de la Institutul Niels Bohr al Universității din Copenhaga (Danemarca) și a fost publicată în revista Astronomy & Astrophysics.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Coliziunea dintre două stele neutronice a generat cea mai mică gaură neagră observată până în prezent. În afara nașterii unei găuri negre, această coliziune dramatică a produs o bilă de foc, extinzându-se aproape cu viteza luminii, care a strălucit în zilele următoare cu o luminozitate echivalentă a sute de milioane de sori, scrie Phys.org.

Acest obiect luminos, numit kilonovă, este atât de strălucitor din cauza emisiilor mari de radiații provenite din dezintegrarea elementelor grele și radioactive create în explozie. Dar cum a fost măsurat aici „dansul” electronilor?

Cercetătorii au reușit să măsoare „dansul” electronilor într-o kilonovă

Echipa internațională de cercetători, condusă de Centrul Cosmic DAWN de la Institutul Niels Bohr, a reușit să se apropie de natura enigmatică a exploziei și să răspundă la o întrebare astrofizică veche: De unde provin elementele mai grele decât fierul?

„Această explozie astrofizică evoluează dramatic de la o oră la alta, așa că niciun telescop individual nu îi poate urmări întreaga poveste, iar rotația Pământului poate bloca unele unghiuri de observație. Dar combinând măsurătorile din Australia, Africa de Sud și de la Telescopul Spațial Hubble, putem urmări în detaliu această evoluție”, explică Albert Sneppen, doctorand la Institutul Niels Bohr și liderul noului studiu.

Explozia seamănă cu universul la scurt timp după Big Bang

Imediat după coliziune, materia stelară fragmentată atinge temperaturi de miliarde de grade, adică de o mie de ori mai fierbinte decât centrul Soarelui și comparabilă cu temperatura Universului la o secundă după Big Bang.

Aceste temperaturi extreme fac ca electronii să nu se atașeze de nucleele atomice, ci să plutească în formă de plasmă ionizată. Pe măsură ce materia stelară se răcește în următoarele momente, ore și zile, procesul de răcire amintește de evoluția Universului de după Big Bang.

Amprenta stronțiului dovedește crearea elementelor grele

La 370.000 de ani după Big Bang, Universul s-a răcit suficient pentru ca electronii să se atașeze de nuclee atomice, permițându-i luminii să circule liber. Aceasta reprezintă „radiația cosmică de fond”, un mozaic de lumină care constituie fundalul îndepărtat al cerului nopții. Un proces similar, de unificare a electronilor cu nucleele atomice, poate fi acum observat în materia stelară a exploziei.

Un rezultat concret este observarea unor elemente grele, precum stronțiul și ytriul. Aceste elemente sunt ușor de detectat, dar este probabil ca multe alte elemente grele, a căror origine era incertă, să fi fost create în această explozie.

„Dansul” electronilor ne arată cum s-au format atomii

„Pentru prima dată putem vedea crearea atomilor, măsurăm temperatura materiei și observăm micro-fizica acestei explozii îndepărtate. Este ca și cum am admira radiația de fond cosmică din toate părțile, dar aici vedem totul din exterior: înainte, în timpul și după momentul nașterii atomilor”, spune Rasmus Damgaard, doctorand la Cosmic DAWN Center și coautor al studiului.

Kasper Heintz, coautor și profesor asistent la Institutul Niels Bohr, adaugă: „Materia se extinde și câștigă în dimensiune atât de rapid, încât durează ore pentru ca lumina să traverseze explozia. Astfel, doar observând capătul îndepărtat al bilei de foc, putem privi mai adânc în istoria exploziei. În apropierea noastră, electronii s-au unit deja cu nucleele atomice, dar în partea cealaltă, aproape de nou-născuta gaură neagră, ‘prezentul’ încă este doar viitorul.”

Vă recomandăm să citiți și:

Evenimentul Laschamp: iată „sunetul” ciudat produs de inversarea câmpurilor magnetice ale Pământului!

Telescopul Euclid a dezvăluit primele imagini uluitoare din „atlasul cosmic”

Asteroidul care ne-ar putea ajuta să găsim a cincea forță fundamentală din Univers

Astronomii au folosit Telescopul Webb pentru a observa o galaxie care a crescut „pe dos”