Ciocnirea stelelor neutronice creează un Big Bang în miniatură

În august 2017, omenirea a observat o minune. Pentru prima dată, am asistat la ciocnirea stelelor neutronice, un eveniment urmărit de telescoape din întreaga lume, alertate de perturbațiile gravitaționale produse pe măsură ce cele două obiecte au spiralat unul spre celălalt pentru a fuziona și a forma o gaură neagră.

Chiar atunci, am știut că această explozie, o kilonovă denumită AT2017gfo, ne va oferi o cantitate de date științifice suficiente pentru ani întregi de studiu. Așa s-a și dovedit. Acum, oamenii de știință au adunat date de la mai multe telescoape pentru a reconstrui zilele care au urmat după kilonovă și explozia sa violentă, care a dat naștere unui flux de elemente grele.

Acest eveniment a evoluat, afirmă o echipă de cercetare condusă de astrofizicianul Albert Sneppen, de la Institutul Niels Bohr din cadrul Universității din Copenhaga (Danemarca), într-un mod asemănător cu Big Bangul, începând cu o „supă fierbinte” de particule care s-a răcit și s-a transformat în materie.

„Această explozie astrofizică se dezvoltă dramatic de la o oră la alta, astfel încât niciun telescop nu poate urmări întreaga poveste. Unghiul de observare al telescoapelor este blocat de rotația Pământului”, explică Sneppen.

„Însă combinând măsurătorile existente din Australia, Africa de Sud și de la Telescopul Spațial Hubble, putem urmări evoluția evenimentului în detaliu. Rezultatul final ne arată că întregul este mai mult decât suma fiecărui set de date individual”, spune cercetătorul.

Ciocnirea stelelor neutronice ne ajută să studiem Big Bangul

Una dintre cele mai fascinante descoperiri cu privire la kilonova AT2017gfo a fost crearea elementelor grele. Multe elemente sunt forjate în interiorul stelelor, unde procesele de fuziune de la nivelul nucleului unesc atomii pentru a crea elemente mai grele, explică Science Alert.

Totuși, există o limită: stelele nu pot fuziona elemente mai grele decât fierul, deoarece energia necesară pentru acest proces este mai mare decât cea produsă prin fuziune. Pentru a produce elemente mai grele este necesar un eveniment foarte energetic, cum ar fi o explozie de supernovă. AT2017gfo a arătat că kilonovele pot fi „fabrici” eficiente de elemente grele; în lumina emisă în timpul exploziei, astronomii au detectat prezența stronțiului.

Sneppen și colegii săi au dus analiza mai departe. Studiind cu atenție mai multe seturi de date, au putut observa evoluția kilonovei oră de oră și formarea elementelor grele, cunoscute ca elemente „r-process”, în interiorul acesteia.

La ciocnirea stelelor neutronice, kilonova inițială, formată din rămășițele explozive ale stelelor neutronice, este extrem de fierbinte, ajungând la miliarde de grade, în comparație cu căldura de la începutul Big Bangului. În acest mediu fierbinte și plasmatic, particulele elementare, precum electronii, se mișcă liber, fără să fie legate.

Cum s-au format atomii la începutul Universului?

Pe măsură ce kilonova se extinde și se răcește, particulele se atrag între ele și se transformă în atomi. Cercetătorii spun că acest fenomen este similar cu o perioadă din istoria Universului cunoscută drept Epoca Recombinării. La aproximativ 380.000 de ani după Big Bang, Universul s-a răcit suficient pentru ca particulele din „supa” plasmatică primordială să se unească în atomi. Supa de plasmă împrăștia lumina în loc să o lase să se propage, iar această „recombinare” a permis ca lumina să se răspândească în Univers.

Procesul de recombinare observat în kilonova de stele neutronice este foarte asemănător cu ceea ce credem că s-a întâmplat în Epoca Recombinării, sugerând că kilonovele ar putea fi un laborator puternic pentru studierea evoluției Universului timpuriu, la o scară miniaturală.

Cercetătorii au confirmat, de asemenea, prezența stronțiului și a ytriului în kilonova în expansiune, susținând ideea că explozia unei kilonove este o sursă de elemente grele în Univers.

„Acum putem vedea momentul în care nucleele atomice și electronii se unesc în lumina emisă”, spune astrofizicianul Rasmus Damgaard, de la Institutul Niels Bohr.

„Pentru prima dată vedem crearea atomilor, putem măsura temperatura materiei și putem observa micro-fizica acestei explozii îndepărtate. Este ca și cum am admira fundalul cosmic al radiațiilor, dar aici putem vedea totul din exterior. Vedem înainte, în timpul și după momentul nașterii atomilor”, explică el.

Cercetarea a fost publicată în revista Astronomy & Astrophysics.

Vă recomandăm să citiți și:

NASA a contribuit cu o sumă astronomică la economia Statelor Unite în anul fiscal 2023

Acordurile Artemis ale NASA pregătesc terenul pentru cooperarea spațială globală

Originile misterioase ale unui tip rar de stea explozivă au fost elucidate

Astronomii au descoperit cel mai lung puls radio cosmic detectat vreodată