A csillagászok most először lehettek a tanúi két neutroncsillag összeolvadásának, amelynek során létrejött egy minden eddig észleltnél kisebb tömegű fekete lyuk, és emellett olyan értékes elemek is születtek, mint az arany, az ezüst, vagy az urán.
A 130 millió fényévre, az NGC 4993-as katalógusszámú galaxisban történt ütközést a kutatók többek között a Hubble-űrtávcsővel is megörökítették. Reményeik szerint a mérések feldolgozásával képesek lehetnek betekinteni a kettős neutroncsillag-rendszer múltjába, jelenébe és jövőjébe, és emellett jobban megismerni azokat a folyamatokat, amelyek képesek a vasnál is nehezebb elemek létrehozására.
A neutroncsillagok ütközése, illetve összeolvadása egy nagy energiájú, hirtelen felfényesedéssel veszi kezdetét, amelyet a szaknyelv kilonóvának nevez. Az esemény során létrejött objektum közel fénysebességgel tágul, a kilonóva pedig a Nap fényességének több százmilliószorosával világítja be környezetét.
A neutroncsillagok összeolvadását megörökítő kutatócsoport tagjai képesek voltak mintavételezni, amint az atommagok és az elektronok egyesülnek a kilonóva utófénylésében. Ilyesminek most először lehettünk tanúi, sőt, még az anyag hőmérsékletét, illetve a távoli robbanás fizikájának apró részleteit is megtudhattuk. A kutatók ugyanis látták a rendszert abban az állapotában, amikor az új atomok még nem jöttek létre, az atomok születésének pillanatában, és utána is, ilyen módon tehát az egész folyamatot sikerült górcső alá venni.
Az ékszereinket alkotó arany is a neutroncsillagok összeolvadása során jön létre
A neutroncsillagok a 8 naptömegnél nagyobb kezdeti tömegű csillagok végállapotaként jönnek létre. Egy ilyen csillagnak, miután felélte energiatartalékait, és nem tud több energiát termelni a benne zajló fúziós folyamatokkal, a magja gravitációsan összeomlik, és kialakul belőle egy neutroncsillag. Erről a kemény objektumról a csillag külső burkai visszapattanva egy szupernóva-robbanást hoznak létre. Az esemény során a körülbelül 1-2 naptömegnyi csillagmag mindössze ~20 km átmérőjűvé sűrűsödik. Ennek következtében a csillag magjában lévő elektronok és protonok neutronokká préselődnek össze.
Szemléletesen elképzelve a neutroncsillag anyagának egy kockacukornyi darabkája 1 milliárd tonnát nyom, ami azt jelenti, hogy egy kockacukorba sűrűsödik össze körülbelül 150 millió elefánt tömege. Éppen ezért talán nem olyan meglepő, hogy ez az egzotikus objektum képes a vasnál is nehezebb elemek kialakítására.
A neutroncsillagokra jellemző az is, hogy néha nem egyedül, hanem kettős, vagy többes rendszerben fordulnak elő. Ehhez azonban némi szerencse is szükséges: kezdetben a csillagrendszer mindkét tagjának megfelelő tömegűnek kell lennie ahhoz, hogy neutroncsillag alakuljon ki a végállapotakor, illetve fontos az is, hogy az először szupernóvaként robbanó csillag lökéshulláma ne taszítsa el magától a társcsillagot. Ha mindezek teljesülnek, kialakul egy olyan rendszer, amelyben két neutroncsillag kering egymás körül. Mivel igen sűrű objektumokról van szó, egymás körüli mozgásuk fodrozódásokat idéz elő a téridő szövetén, amelyeket gravitációs hullámok formájában észlelhetünk. Ezek a hullámok impulzusmomentumot vesznek el a rendszertől, amelynek következményeként a két neutroncsillag az időben egyre közelebb kerül egymáshoz, és így mozgásuk egyre inkább gyorsul. A folyamat a két csillag összeolvadásával, és az ezzel együtt járó kilonóvával ér véget.
Az összeolvadás során a több millió fokos hőmérsékletűre forrósodott neutronok kiszóródnak a környező csillagközi térbe. Ez a hőmérséklet hasonló az Ősrobbanás után 1 másodperccel jellemző forrósághoz. Az összeolvadás során születő részecskék, például protonok és neutronok elősegítik azt, hogy az egyesült neutroncsillagok az elkövetkező napok folyamán egy fekete lyukká omoljanak össze.
A kilonóva után kialakuló, hűlő plazmafelhőben az atomok az r-folyamatnak is nevezett gyors neutronbefogással nevelik tömegszámukat, majd további elektronok befogásával a rendszámukat is. Ennek során nagyon nehéz, ámde kevésbé stabil részecskék jönnek létre, amelyek könnyen elbomlanak. A bomlási folyamatok során szabadul fel a kilonóvák esetén megfigyelt, hatalmas mennyiségű energia, és mindemellett könnyebb elemek is kialakulnak, mint például vas, arany, ezüst, vagy urán. A kutatócsoport mindezek mellett stronciumot és ittriumot is azonosított a vizsgált kilonóva esetén.
Mivel mindezek a folyamatok rendkívül gyorsan történnek, szinte óráról órára, nem elég egyetlen távcső ahhoz, hogy teljes egészében megörökítse az eseményeket, már csak a Föld forgása miatt sem. Éppen ezért a kutatócsoport a világ különböző részein, például Ausztráliában, illetve Dél-Afrikában található távcsövekkel, és emellett a Hubble-űrtávcsővel is igyekezett figyelemmel követni a neutroncsillagok összeolvadásának történetét.
A rendkívül érdekes eredményekről szóló szakcikk az Astronomy & Astrophysics című folyóiratban jelent meg.
A cikk forrása: https://www.space.com/electrons-dance-black-hole-neutronstar-collision