Gwiazdy neutronowe: klucz do złota i platyny we wszechświecie!

Gwiazdy neutronowe: klucz do złota i platyny we wszechświecie!

3 czerwca 2025 roku Tim Dietrich, profesor astrofizyki teoretycznej na Uniwersytecie w Poczdamie, wyraził chęć odwiedzenia gwiazd neutronowych za pomocą statku kosmicznego. Te niezwykle gęste, zwarte obiekty powstają w wyniku eksplozji supernowych masywnych gwiazd i przez krótki czas świecą tak jasno, jak cała galaktyka. Ich gęstość zapiera dech w piersiach: łyżeczka materiału z gwiazdy neutronowej może ważyć nawet miliard ton. Większość tych fascynujących ciał niebieskich znajduje się w układach podwójnych gwiazd. Tracą energię, aż w końcu zderzają się, uwalniając niesamowite ilości energii. Pierwsze zaobserwowane zderzenie gwiazd neutronowych miało miejsce 17 sierpnia 2017 r., kiedy to wykryto zarówno fale grawitacyjne, jak i sygnały świetlne, co stanowiło kamień milowy we współczesnej astronomii. Było to zdarzenie GW170817, które miało miejsce poza naszą Drogą Mleczną i pozwoliło wykryć sygnał świetlny ze zderzenia gwiazd neutronowych w galaktyce NGC 4993.

Podczas takich zderzeń powstają nowe pierwiastki – w tym pierwiastki ciężkie, takie jak złoto i platyna. Procesy te są złożone i fascynujące; ich celem jest wytwarzanie promieni gamma podobnych do tych obserwowanych podczas zderzenia. Podczas zderzenia w 2017 roku detektory astronomiczne, takie jak detektory LIGO w Hanford w stanie Waszyngton i Livingston w Luizjanie, wykryły znaczną ilość fal grawitacyjnych. Rejestrowano je przez okres około 100 sekund. Pomiar uzupełniono detektorem Virgo, dzięki któremu lokalizacja sygnału stała się bardziej precyzyjna. Zaledwie 1,7 sekundy później satelity monitorujące rozbłyski gamma (GBM) na pokładzie satelity Fermi zarejestrowały towarzyszący rozbłyskowi gamma.

Odkrycia i teorie dotyczące zderzeń gwiazd neutronowych

Odkrycie GW170817 wyznacza początek astronomii obejmującej wielu posłańców. Ta nowatorska metoda łączy różne sygnały, aby lepiej zrozumieć wszechświat. Jednoczesny pomiar fal grawitacyjnych i sygnałów świetlnych dostarczył ważnych dowodów na poparcie teorii względności Einsteina. Prawdopodobieństwo, że zbieżność fal grawitacyjnych i promieni gamma nastąpi przypadkowo, wynosi 1 do 200 milionów. Wydarzenie potwierdza teorię, że fuzje gwiazd neutronowych są głównym źródłem cięższych pierwiastków, zwłaszcza pierwiastków procesu r.

Jednak odkrycie fal grawitacyjnych to dopiero wierzchołek góry lodowej. Badania przeprowadzone w Instytucie Fizyki Grawitacyjnej im. Maxa Plancka pokazują, że mechanizmy powstawania pól magnetycznych podczas łączenia się gwiazd neutronowych można wyjaśnić za pomocą symulacji komputerowych. Symulacje te pokazują, że gwiazdy neutronowe, które mają średnicę zaledwie około 20 kilometrów, są w stanie generować silne pola magnetyczne. Te procesy magnetohydrodynamiczne pokazują, że do wzmocnienia pola magnetycznego przyczyniają się dwa mechanizmy: niestabilność Kelvina-Helmholtza i magnetyczna niestabilność rotacyjna, które działają jak dynamo.

Około 60 milisekund po połączeniu, przez bieguny powstałego magnetara zostaje wyrzucony dżet, który jest odpowiedzialny za wytwarzanie promieniowania kilonowego. Te imponujące zjawiska pokazują, że zderzenia gwiazd neutronowych nie tylko wytwarzają spektakularne fale grawitacyjne i sygnały świetlne, ale także różnorodne pierwiastki i pola magnetyczne – a wszystkie te aspekty nadal fascynują astrofizykę i zapewniają nowe możliwości odkryć.

Na przyszłość pomysł podróżowania statkiem kosmicznym na takie wydarzenia w innych galaktykach pozostaje czymś więcej niż tylko marzeniem. Koncepcja napędu warp, który teoretycznie mógłby umożliwiać poruszanie się z prędkością większą od światła, opiera się na wzorach fizycznych ogólnej teorii względności. Jednak dopóki nie będziemy mogli podjąć takich podróży, zderzenia gwiazd neutronowych pozostają fascynującym i złożonym tematem dla astronomii.