Космос — величайшая загадка, которую только можно себе представить. На его просторах рождаются, сталкиваются друг с другом и умирают галактики, звезды и другие небесные объекты. Сегодня ученым известно о том, как происходит столкновение галактик и даже черных дыр. Но не менее интересным является столкновение нейтронных звезд — самых плотных объектов во Вселенной, которые коллапсируют в черные дыры. Недавно ученые выяснили, что в результате слияния нейтронных звезд образуется множество тяжелых элементов и даже определили один из них. Результаты исследования, опубликованного 23 октября в журнале Nature свидетельствуют о наличии стронция в спектрах волн света, наблюдаемых от столкновения нейтронных звезд.
Напомним, что нейтронные звезды — одни из самых загадочных объектов во Вселенной, так как по сути каждая такая звезда представляет из себя атомное ядро, обладающее довольно странными свойствами. Изучение нейтронных звезд способно прояснить многочисленные темные пятна в нашем понимании экстремальной физики Вселенной.
Что происходит в результате столкновения нейтронных звезд?
Столкновение нейтронных звезд запускает цепочку химических реакций, которые ученые называют r-процессом. В ходе r-процесса атомные ядра звезд захватывают нейтроны из окружающей среды, что и приводит к образованию более тяжелых элементов. Но исследователи не были уверены в том, где происходили r-процессы. К тому же, не существует зарегистрированных данных о том, как именно происходит r-процесс в конкретном небесном объекте или событии — например, при слиянии нейтронных звезд.
Исследование 2017 года показало, что столкновение нейтронных звезд породило смесь тяжелых элементов, характерных для r-процесса. Но это и ранее проведенные исследования не смогли определить, какие именно это были элементы. Дело в том, что исследователи изучали относительно тяжелые элементы r-процесса, чьи сложные атомные структуры могут генерировать миллионы спектральных особенностей, которые на тот момент не были идентифицированы. Стронций, с другой стороны, относительно легкий элемент по сравнению с другими элементами r-процесса и имеет простую атомную структуру, которая генерирует несколько сильных спектральных меток, которые были измерены в лаборатории. В ходе исследования ученые расширили анализ, чтобы рассмотреть стронций и другие элементы r-процесса и смогли идентифицировать спектральный отпечаток стронция в спектрах, полученных с помощью Very Large Telescope в Чили в первые несколько дней после слияния нейтронных звезд.
Как связаны нейтрино и столкновения нейтронных звезд?
Исследователи отмечают, что присутствие стронция — явление не слишком неожиданное, но оно способно рассказать кое-что интересное о составе материала, который испускается во время слияния этих плотных небесных объектов. Ученые считают, что материал нейтронной звезды, производящий стронций, вероятно, подвергся некоторому другому взаимодействию — например, бомбардировке призрачными субатомными частицами, называемыми нейтрино, порожденными в результате слияния нейтронных звезд. Нейтрино — это частицы с нулевым электрическим зарядом, которые играют очень важную роль в ядерных реакциях. Сегодня физикам известно, что нейтрино обладают массой, однако до сих пор остается огромное количество вопросов относительно этих частиц. Некоторые виды нейтрино являются стерильными — это значит, что они вообще ни с чем не взаимодействуют. Физики не исключают, что такие нейтрино могут образовывать темную материю.
Таким образом, количество вопросов относительно экстремальной физики Вселенной остается непомерно большим, однако тот факт, что исследователям удалось идентифицировать элемент, порожденный слиянием нейтронных звезд означает, что мы на правильном пути. Как вы думаете, разгадают ли ученые в ближайшие 30 лет тайну темной материи?
