Neutroninės žvaigždės: raktas į auksą ir platiną visatoje!

Neutroninės žvaigždės: raktas į auksą ir platiną visatoje!

2025 metų birželio 3 dieną Potsdamo universiteto teorinės astrofizikos profesorius Timas Dietrichas išreiškė norą su erdvėlaiviu aplankyti neutronines žvaigždes. Šie itin tankūs, kompaktiški objektai susidaro masyvių žvaigždžių supernovų sprogimo metu ir trumpam šviečia taip ryškiai kaip visa galaktika. Jų tankis gniaužia kvapą: arbatinis šaukštelis medžiagos iš neutroninės žvaigždės gali sverti iki milijardo tonų. Dauguma šių įspūdingų dangaus kūnų yra dvejetainių žvaigždžių sistemose. Jie praranda energiją, kol galiausiai susiduria, išskirdami neįtikėtinus energijos kiekius. Pirmasis pastebėtas neutroninių žvaigždžių susidūrimas įvyko 2017 m. rugpjūčio 17 d., kai buvo aptiktos ir gravitacinės bangos, ir šviesos signalai, žymintis šiuolaikinės astronomijos etapą. Tai buvo įvykis GW170817, kuris įvyko už mūsų Paukščių Tako ribų ir aptiko šviesos signalą iš neutroninės žvaigždės susidūrimo galaktikoje NGC 4993.

Tokių susidūrimų metu sukuriami nauji elementai – įskaitant sunkius elementus, tokius kaip auksas ir platina. Šie procesai yra sudėtingi ir patrauklūs; jie nukreipti į gama spindulių, tokių kaip pastebėti susidūrimo metu, gamybą. 2017 m. susidūrimo metu astronominiai detektoriai, tokie kaip LIGO detektoriai Hanforde, Vašingtone ir Livingstone, Luizianoje, aptiko daug gravitacinių bangų. Jie buvo įrašyti maždaug per 100 sekundžių. Matavimą papildė detektorius „Virgo“, kuris leido tiksliau nustatyti signalo lokalizaciją. Vos po 1,7 sekundės Fermi palydove esantys gama spindulių pliūpsnio stebėjimo (GBM) palydovai aptiko lydintį gama spindulių pliūpsnį.

Neutroninių žvaigždžių susidūrimų atradimai ir teorijos

GW170817 atradimas žymi kelių pasiuntinių astronomijos pradžią. Šis naujas metodas sujungia skirtingus signalus, kad geriau suprastų visatą. Gravitacinių bangų ir šviesos signalų matavimas vienu metu suteikė svarbių įrodymų Einšteino reliatyvumo teorijai. Tikimybė, kad gravitacinių bangų ir gama spindulių sutapimas įvyksta atsitiktinai, yra 1 iš 200 mln. Šis įvykis patvirtina teoriją, kad neutroninių žvaigždžių susiliejimas yra pagrindinis sunkesnių elementų, ypač r proceso elementų, šaltinis.

Tačiau gravitacinių bangų atradimas yra tik ledkalnio viršūnė. Maxo Plancko gravitacinės fizikos instituto tyrimai rodo, kad magnetinių laukų susidarymo mechanizmai susiliejančiose neutroninėse žvaigždėse gali būti paaiškinti kompiuteriniu modeliavimu. Šie modeliavimai atskleidžia, kad neutroninės žvaigždės, kurių skersmuo yra tik apie 20 kilometrų, gali sukurti stiprius magnetinius laukus. Šie magnetohidrodinaminiai procesai rodo, kad prie magnetinio lauko stiprinimo prisideda du mechanizmai: Kelvino-Helmholtzo nestabilumas ir magnetinio sukimosi nestabilumas, kurie veikia kaip dinamo.

Praėjus maždaug 60 milisekundžių po susijungimo, per gauto magnetaro polius išsviedžiama srovė, kuri yra atsakinga už kilonovos spinduliuotės gamybą. Šie įspūdingi reiškiniai rodo, kad neutroninių žvaigždžių susidūrimai ne tik sukuria įspūdingas gravitacines bangas ir šviesos signalus, bet ir įvairius elementus bei magnetinius laukus – visi aspektai, kurie ir toliau žavi astrofiziką ir suteikia naujų galimybių atrasti.

Ateityje idėja keliauti su erdvėlaiviu į tokius renginius kitose galaktikose lieka daugiau nei tik svajonė. Metmenų pavaros koncepcija, kuri teoriškai galėtų įjungti didesnį nei šviesos greitį, yra pagrįsta fizinėmis bendrosios reliatyvumo teorijos formulėmis. Tačiau kol negalime leistis į tokias keliones, neutroninių žvaigždžių susidūrimas tebėra patraukli ir sudėtinga astronomijos tema.