Килоновые звезды

Когда у массивной звезды заканчивается топливо и она умирает, она может погаснуть во всей красе, взорвавшись как сверхновая.
Но сверхновые — не единственные громкие взрывы. Встречайте «килоновую».
Килоновая возникает при столкновении двух звёздных «останков». Эти события вызывают самые мощные электромагнитные взрывы во Вселенной и осыпают её золотым дождём.
Килоновая — это взрыв, возникающий в результате столкновения двух нейтронных звёзд, или нейтронной звезды и чёрной дыры. Эти события чрезвычайно энергичны и могут высвободить за несколько секунд столько же энергии, сколько наше Солнце выработает за всю свою жизнь, длящуюся 10 миллиардов лет.

Звездные останки

Нейтронные звёзды – это те самые звёздные трупы. Эти чрезвычайно плотные оболочки, образующиеся при взрывах сверхновых, остаются после гибели массивных звёзд. Они состоят в основном из нейтронов и имеют ширину около десятка километров.
Но не позволяйте их относительно небольшим размерам ввести вас в заблуждение. В своих крошечных объёмах они умещают массу целой звезды (массивнее нашего Солнца) и обладают мощными магнитными полями.
Это означает, что нейтронные звёзды – одни из самых экстремальных объектов в известной нам Вселенной. Чайная ложка материала нейтронных звёзд весит миллиард тонн (907 миллионов метрических тонн)!
Вещество нейтронных звёзд ведёт себя не так, как обычное вещество. Эти объекты, находящиеся под влиянием гравитации, сжимают всё, из чего они состоят, до «вырожденного» состояния. То есть, давление настолько экстремально, что только квантовая механика препятствует их массе схлопнуться и образовать чёрную дыру.
Итак, столкновение двух нейтронных звезд, очевидно, было бы невероятно мощным и разрушительным событием. 17 августа учёные наблюдали последствия такого столкновения благодаря лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (Advanced LIGO) в США и гравитационно-волновой обсерватории Virgo в Италии. Эти передовые гравитационно-волновые обсерватории зафиксировали очень странный, слабый сигнал, исходящий от галактики NGC 4993, расположенной в 130 миллионах световых лет от нас.

Многоканальная астрономия

До этого момента детекторы гравитационных волн фиксировали слияние чёрных дыр только в миллиардах световых лет от нас, поэтому регистрация слабого сигнала на сравнительно близком расстоянии стала неожиданностью.
После анализа характерного гравитационно-волнового «чирпа» (быстрого увеличения частоты при вращении двух массивных объектов друг вокруг друга, которое в конечном итоге приводит к столкновению и слиянию) учёные поняли, что сигнал, получивший название GW170817, не был сигналом слияния чёрных дыр, а представлял собой слияние двух нейтронных звёзд. Звёзды с массами всего 1,1 и 1,6 солнечных масс оказались в ловушке гравитационного танца, сближаясь по спирали и сталкиваясь.
В момент обнаружения гамма-обсерватория «Ферми» НАСА и европейский космический телескоп INTEGRAL также зафиксировали мощную вспышку гамма-излучения, исходящую от NGC 4993, известную как короткий гамма-всплеск (GRB).
Хотя учёные предполагали, что короткие гамма-всплески генерируются сталкивающимися нейтронными звёздами, подтвердить это удалось только с помощью детекторов гравитационных волн. Впервые учёные измерили как гравитационные, так и электромагнитные волны, возникающие в результате одного космического события, связав гамма-всплеск со слиянием нейтронных звёзд и открыв совершенно новый способ изучения Вселенной, известный как «многоканальная астрономия».

Килоновая!

Гравитационные волны помогли нам связать гамма-всплеск со столкновением нейтронных звезд, но что создало гамма-всплеск?
Слияние нейтронных звёзд, породившее GW170817, несомненно, было бурным. Когда две массы быстро вращались друг вокруг друга и соприкоснулись, в космос было выброшено огромное количество сверхгорячего материала нейтронной звезды. Это событие подготовило почву для фейерверка килоновых.
Поскольку нейтронные звёзды состоят в основном из нейтронов, а нейтроны являются ключевым компонентом (наряду с протонами) атомных ядер, сразу после столкновения нейтронной звезды внезапно появилось МНОГО субатомных строительных блоков.
Условия были настолько экстремальными, что эта среда была идеальной для склеивания кусков радиоактивного материала нейтронной звезды, создавая новые элементы. В процессе, называемом быстрым захватом нейтронов («r-процесс»), нейтроны присоединялись к новообразованным элементам, прежде чем те могли радиоактивно распасться. Образование новых элементов генерировало поразительное количество энергии, вызывая мощное гамма-излучение, породившее гамма-всплеск, который астрономы наблюдали с расстояния 130 миллионов световых лет.
Последующие исследования места турбулентного взрыва, проведённые космическим телескопом «Хаббл», обсерваторией «Джемини» и Телескопом ESO, выявили спектроскопические свидетельства того, что r-процесс имел место. И вот что особенно важно: в остатках взрыва килоновой было синтезировано огромное количество тяжёлых элементов, таких как золото, платина, свинец, уран и серебро.
Ученые давно задавались вопросом, как в нашей Вселенной образуются элементы тяжелее железа (элементы легче железа образуются посредством звездного нуклеосинтеза в ядрах звезд), но теперь у нас есть наблюдательные доказательства того, что эти катастрофические килоновые также являются космическими кузницами, где засеваются самые тяжелые — и самые ценные — элементы.