Астрономи вперше зафіксували народження важких елементів під час злиття нейтронних зірок.

У 2017 році астрономи зафіксували подію AT2017gfo, яка сталася внаслідок злиття двох нейтронних зірок. Це рідкісне явище, відоме як «кілонова» (kilonova), супроводжується викидом величезної кількості енергії та матерії і є ідеальною «лабораторією» для вивчення процесів нуклеосинтезу — утворення нових ядер з протонів і нейтронів.

Нагадаємо, що кілоноти спостерігаються в подвійних системах під час злиття двох нейтронних зірок або чорної діри з нейтронною зіркою. Енергія, що випромінюється під час цих астрономічних подій, може в 1000 разів перевищувати енергію, що випромінюється новими (зірки, світність яких раптово зростає приблизно в 1000 — 1 000 000 разів). Кілонові також слугують джерелом сильного електромагнітного випромінювання, гравітаційних хвиль та елементів важчих за залізо.

Автори нового дослідження, опублікованого в журналі Astronomy & Astrophysics, дійшли висновку, що яскравий космічний катаклізм AT2017gfo призвів до утворення вогняної кулі, що розширюється зі швидкістю приблизно 40-45 відсотків швидкості світла. Цікаво, що в наступні дні кілонова світла з яскравістю, що порівнянна зі світністю сотень мільйонів сонць.

Команда під керівництвом Альберта Снеппена (Albert Sneppen) з Копенгагенського університету (Данія) зібрала та проаналізувала дані спостережень події AT2017gfo, отримані за допомогою телескопів з усього світу, які охоплюють період від 0,5 до 9,4 дня після злиття, і відстежила зміни хімічних характеристик кілонової з часом.

«Зараз ми можемо спостерігати момент, коли утворюються ядра атомів у світінні після вибуху кілонової. Ми вперше спостерігаємо створення атомів таким чином, можемо виміряти температуру і бачити мікрофізику процесу в цьому віддаленому вибуху», — пояснив один з авторів наукової роботи Расмус Дамгорд (Rasmus Damgaard).

Команда зазначила, що одним із ключових відкриттів стало спостереження спектральної лінії на довжині хвилі одного мікрометра (довжина хвилі електромагнітного випромінювання оптичного діапазону), яка раптово з'явилася через 1,17 дня після злиття, що вказує на присутність у викидах кілонової таких важких елементів, як стронцій (Sr II) та иттрію (Y).

При цьому час появи спектральних характеристик стронцію відповідає прогнозам, основаним на моделях локального термодинамічного рівноваги (тобто рівноваги всередині елемента обсягу (мас) системи), що підтверджує відповідність між спостережуваною температурою випромінювання та температурою іонізації. Остання виявилася практично однаковою в усіх напрямках, з різницею менше ніж п’ять відсотків. Це означає, що процеси, що відбуваються під час злиття нейтронних зірок, є більш симетричними, ніж вважалося раніше.

Оскільки злиття нейтронних зірок вважається одним із основних джерел елементів важчих за залізо, включаючи золото та платину, можливість спостерігати ці процеси в режимі реального часу дозволяє перевірити та уточнити існуючі теорії нуклеосинтезу. Таким чином, результати дослідження надали нові дані про динаміку викидів кілонових і умови, в яких формуються важкі елементи.