Neitronu zvaigznes: zelta un platīna atslēga Visumā!

Neitronu zvaigznes: zelta un platīna atslēga Visumā!

2025. gada 3. jūnijā Tims Dītrihs, Potsdamas Universitātes teorētiskās astrofizikas profesors, izteica vēlmi ar kosmosa kuģi apmeklēt neitronu zvaigznes. Šie ārkārtīgi blīvie, kompaktie objekti veidojas masīvu zvaigžņu supernovu sprādzienos un īslaicīgi spīd tikpat spilgti kā visa galaktika. To blīvums ir elpu aizraujošs: tējkarote materiāla no neitronu zvaigznes var svērt līdz miljardam tonnu. Lielākā daļa šo aizraujošo debess ķermeņu atrodas bināro zvaigžņu sistēmās. Viņi zaudē enerģiju, līdz beidzot saduras, atbrīvojot neticami daudz enerģijas. Pirmā novērotā neitronu zvaigžņu sadursme notika 2017. gada 17. augustā, kad tika konstatēti gan gravitācijas viļņi, gan gaismas signāli, iezīmējot pagrieziena punktu mūsdienu astronomijā. Šis bija notikums GW170817, kas notika ārpus mūsu Piena ceļa un atklāja gaismas signālu no neitronu zvaigžņu sadursmes galaktikā NGC 4993.

Šādu sadursmju laikā tiek radīti jauni elementi - tostarp smagi elementi, piemēram, zelts un platīns. Šie procesi ir sarežģīti un aizraujoši; to mērķis ir radīt gamma starus, piemēram, tos, kas novēroti sadursmes laikā. 2017. gada sadursmē astronomiskie detektori, piemēram, LIGO detektori Hanfordā, Vašingtonā un Livingstonā, Luiziānā, atklāja ievērojamu daudzumu gravitācijas viļņu. Tie tika ierakstīti aptuveni 100 sekunžu laikā. Mērījumu papildināja Virgo detektors, kas ļāva precīzāk noteikt signāla lokalizāciju. Tikai 1,7 sekundes vēlāk gamma staru uzliesmojumu monitora (GBM) satelīti uz Fermi satelīta atklāja pavadošo gamma staru uzliesmojumu.

Atklājumi un teorijas par neitronu zvaigžņu sadursmēm

GW170817 atklāšana iezīmē vairāku vēstnešu astronomijas sākumu. Šī jaunā metode apvieno dažādus signālus, lai labāk izprastu Visumu. Vienlaicīga gravitācijas viļņu un gaismas signālu mērīšana sniedza svarīgus pierādījumus Einšteina relativitātes teorijai. Varbūtība, ka gravitācijas viļņu un gamma staru sakritība notiek nejauši, ir dota 1 pret 200 miljoniem. Notikums apstiprina teoriju, ka neitronu zvaigžņu saplūšana ir galvenais smagāku elementu, īpaši r-procesa elementu, avots.

Tomēr gravitācijas viļņu atklāšana ir tikai aisberga redzamā daļa. Maksa Planka Gravitācijas fizikas institūta pētījumi liecina, ka magnētisko lauku ģenerēšanas mehānismus neitronu zvaigznēs, kas apvienojas, var izskaidrot, izmantojot datorsimulācijas. Šīs simulācijas atklāj, ka neitronu zvaigznes, kuru diametrs ir tikai aptuveni 20 kilometri, spēj radīt spēcīgus magnētiskos laukus. Šie magnetohidrodinamiskie procesi parāda, ka magnētiskā lauka nostiprināšanos veicina divi mehānismi: Kelvina-Helmholca nestabilitāte un magnētiskās rotācijas nestabilitāte, kas darbojas kā dinamo.

Apmēram 60 milisekundes pēc apvienošanās tiek izmesta strūkla pāri iegūtā magnetāra poliem, kas ir atbildīgs par kilonovas starojuma radīšanu. Šīs iespaidīgās parādības parāda, ka neitronu zvaigžņu sadursmes rada ne tikai iespaidīgus gravitācijas viļņus un gaismas signālus, bet arī dažādus elementus un magnētiskos laukus – visus aspektus, kas turpina fascinēt astrofiziku un paver jaunas iespējas atklājumiem.

Nākotnē ideja ceļot ar kosmosa kuģi uz šādiem notikumiem citās galaktikās joprojām ir vairāk nekā tikai sapnis. Velku piedziņas jēdziens, kas teorētiski varētu nodrošināt lielāku ātrumu nekā gaismas ātrums, ir balstīts uz vispārējās relativitātes teorijas fizikālajām formulām. Bet, kamēr mēs nevaram veikt šādus ceļojumus, neitronu zvaigžņu sadursme joprojām ir aizraujoša un sarežģīta astronomijas tēma.