Ключ к тайне Вселенной: аномалия в космосе удивила ученых

МОСКВА, 22 фев — РИА Новости, Николай Гурьянов. Астрономы установили: облако взрыва при слиянии двух нейтронных звезд — почти идеальный шар. Такая форма противоречит общепринятым представлениям. Почему это открытие приближает нас к разгадке главных космологических тайн — в материале РИА Новости.

Эверест в чайной ложке

Когда массивная звезда коллапсирует, часть ее вещества упаковывается в сверхплотное сравнительно компактное ядро. Если его масса больше трех солнечных, возникает черная дыра. Меньше — образуется нейтронная звезда.

Нейтронная звезда 20 километров в диаметре может быть в полтора-два раза массивнее Солнца. Чайная ложка вещества нейтронной звезды на Земле весила бы примерно как гора Эверест.

В некоторых системах появляются сразу две нейтронные звезды. В недавней работе объяснили, как это происходит: массивные газовые шары вращаются вокруг общего центра масс, затем они "схлопываются" в сверхплотные объекты, которые постепенно сближаются и, наконец, сталкиваются.

© CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani

Художественное изображение системы CPD-29 2176

Это называют взрывом килоновой. Астрофизическое явление, предсказанное в 1974-м, впервые зафиксировали в 2013-м — как гамма-всплеск. В 2017-м детекторы LIGO (в США) и Virgo (в Европе) уловили гравитационные волны — колебания в пространстве-времени — от килоновой AT2017gfo, которая находится в 140 миллионах световых лет от Земли.

Столкновение нейтронных звезд — это очень экстремально для Вселенной. В результате образуются самые тяжелые элементы периодической таблицы Менделеева, такие как золото, платина, уран, йод. Следы этих космических катаклизмов есть и в наших украшениях, и у нас в организме.

Сферическое облако в вакууме

До сих пор ученые не знали, как выглядит взрыв килоновой. "Интуиция и все предыдущие модели подсказывали, что возникающее облако должно быть сплющенным и довольно асимметричным", — говорит Альберт Снеппен, аспирант Института Нильса Бора (Дания) и первый автор исследования, опубликованного в журнале Nature.

Международная группа астрофизиков проанализировала ультрафиолетовое, оптическое и инфракрасное излучение при вспышке килоновой AT2017gfo, зафиксированное спектрографом X-shooter на находящемся в Чили Очень большом телескопе (Very Large Telescope) Европейской южной обсерватории. Также использовали данные о радио- и гравитационных волнах и наблюдения космической обсерватории "Хаббл".

© Фото : A. Ghizzi Panizza/ESO

Очень большой телескоп (VLT, Very Large Telescope) в обсерватории Паранал в чилийской пустыне Атакама

Результат удивил ученых: облако было полностью симметричным, близким к идеальному шару.

Доцент Института Нильса Бора Дарах Уотсон, второй автор исследования, отмечает, что, с общепринятой точки зрения, такая форма "не имеет смысла". "Вероятно, в теориях и симуляциях килоновых, которые мы рассматривали в течение последних 25 лет, не хватает важной физики", — говорит он.

Список подозреваемых

Разумеется, аномалию попытались объяснить. Снеппен предполагает, что все дело в энергии, которая вырвалась из центра слияния нейтронных звезд. Ее было так много, что она могла "сгладить форму" вспышки. Значит, количество энергии намного превышает оценки теоретиков.

Уотсон подозревает, что к сферическому распределению вещества привело электромагнитное поле. При столкновении две нейтронные звезды на миллисекунды объединяются в одну гипермассивную. Вокруг возникает мощное поле, энергия которого высвобождается после схлопывания в черную дыру.

Однако это не объясняет еще одного обстоятельства. При вспышке килоновой атомы легких и тяжелых веществ должны выбрасываться в разных направлениях. Но в AT2017gfo обнаружили только равномерно распределенные легкие элементы.

© Robin Dienel/Carnegie Institution for Science)

Килоновая — взрыв при столкновении нейтронных звезд

Снеппен выдвинул альтернативную гипотезу: гипермассивная нейтронная звезда за свою ультракороткую жизнь излучает много нейтрино. Электрически нейтральные субатомные частицы чрезвычайно редко взаимодействуют с материей, зато способны превращать нейтроны в протоны и электроны и, таким образом, создавать легкие элементы.

Возможно, именно в этом ответ на загадку шарообразной формы взрыва.

Измерить Вселенную

По мнению ученых, теперь мы сможем понять, как быстро расширяется Вселенная, и установить ее возраст.

Основной способ измерения времени с момента Большого взрыва (конечно, если он был) — это шкала космических расстояний. Установив класс светимости некоторых астрономических объектов ("стандартных свечей"), физики измеряют их видимую яркость и рассчитывают дистанцию. Чем дальше объект от нас, тем он старше.

Самые далекие небесные тела видны только в инфракрасном диапазоне. ИК-обсерватория "Джеймс Уэбб" способна заглянуть почти к началу времен и увидеть галактики, существовавшие 13,5 миллиарда лет назад. Возраст Вселенной оценивается в 13,8 миллиарда.

Однако этот способ хорош лишь для сферических объектов, излучающих во все стороны. Тела другой формы меняют яркость в зависимости от того, под каким углом мы на них смотрим.

Но раз мы знаем, что килоновые похожи на мяч, их также можно использовать для измерений. Правда, для выстраивания шкалы нужно увидеть много подобных событий. Ученые ожидают, что детекторы LIGO позволят человечеству сделать это в ближайшие годы.