Srážka neutronových hvězd a vznik těžkých prvků v kosmickém pekle

Astrofyzikům se poprvé podařilo změřit teplotu elementárních částic v radioaktivním záření po srážce neutronových hvězd, která vedla ke vzniku černé díry. Tento průlom umožňuje vědcům zkoumat mikroskopické fyzikální vlastnosti v rámci těchto kosmických událostí. Zjištění také odhalují, jak jednotlivá pozorování zachycují přítomnost objektu v čase jako snímek, který pokrývá kosmický okamžik. Tento objev, nedávno publikovaný v časopise Astronomy & Astrophysics, učinili vědci z Niels Bohr Institute na Kodaňské univerzitě.

Nová pozorování odhalují vznik těžkých prvků
Při srážce dvou neutronových hvězd vznikla nejmenší černá díra, jaká kdy byla pozorována. Tato intenzivní kosmická událost vytvořila ohnivou kouli, která se rozpínala téměř rychlostí světla a ve dnech následujících po srážce zářila jasem stovek milionů Sluncí. Tento intenzivně jasný objekt, nazývaný kilonova, vyzařuje obrovské množství záření v důsledku rozpadu těžkých radioaktivních prvků vzniklých během exploze.

Kombinací měření světla kilonovy, provedených pomocí teleskopů po celém světě, se mezinárodnímu týmu vědců pod vedením The Cosmic DAWN Center při Niels Bohr Institute podařilo objasnit záhadnou povahu exploze a přiblížit se k odpovědi na starou astrofyzikální otázku: Odkud se vzaly prvky těžší než železo?

Úloha globálních observatoří při sledování astrofyzikálních jevů
„Tato astrofyzikální exploze se dramaticky vyvíjí hodinu po hodině, takže žádný teleskop nemůže sledovat celý její průběh. Zorný úhel jednotlivých dalekohledů na tuto událost je blokován rotací Země. Kombinací stávajících měření z Austrálie, Jižní Afriky a Hubbleova vesmírného dalekohledu HST však můžeme její vývoj sledovat velmi podrobně. Ukázali jsme, že celek vykazuje více než součet jednotlivých souborů dat,“ říká Albert Sneppen, doktorand Niels Bohr Institute a vedoucí studie.

Extrémní teploty v důsledku srážek neutronových hvězd
Těsně po srážce má roztříštěná hvězdná hmota teplotu mnoha miliard stupňů. Tisíckrát vyšší než v centru Slunce a srovnatelnou s teplotou vesmíru pouhou sekundu po Velkém třesku. Při takto extrémních teplotách nejsou elektrony vázány na atomová jádra, ale vznášejí se v tzv. ionizovaném plazmatu. Elektrony „tančí“ kolem. V následujících okamžicích, minutách, hodinách a dnech však hvězdná hmota chladne, stejně jako celý vesmír po Velkém třesku.

Důkazy o výskytu těžkých prvků po srážce
370 000 let po Velkém třesku se vesmír ochladil natolik, že se elektrony mohly připojit k atomovým jádrům a vytvořit první atomy. Světlo se nyní mohlo ve vesmíru volně pohybovat, protože již nebylo blokováno volnými elektrony. To znamená, že nejstarší světlo, které můžeme v historii vesmíru pozorovat, je toto takzvané „záření kosmického pozadí“ – světelná skvrna, která tvoří vzdálené pozadí noční oblohy. Podobný proces sjednocování elektronů s atomovými jádry lze nyní pozorovat i v hvězdné hmotě exploze.

Jedním z konkrétních výsledků je pozorování těžkých prvků, jako je stroncium a yttrium. Ty lze snadno detekovat, ale je pravděpodobné, že při výbuchu vzniklo i mnoho dalších těžkých prvků, o jejichž původu jsme si nebyli jisti.

Pohled na vznik prvků a podmínky raného vesmíru
„Nyní můžeme pozorovat okamžik, kdy se atomová jádra a elektrony spojují v následném záření. Poprvé vidíme vznik atomů, můžeme měřit teplotu hmoty a sledovat mikrofyziku v této vzdálené explozi. Je to jako obdivovat tři kosmická záření na pozadí, která nás obklopují ze všech stran, ale zde máme možnost vidět vše zvenčí. Vidíme dění před okamžikem zrodu atomů, během něj i po něm,“ říká Rasmus Damgaard, doktorand Centra Cosmic DAWN a spoluautor studie.

Kasper Heintz, spoluautor a odborný asistent na Niels Bohr Institute, pokračuje: „Hmota se rozpíná tak rychle a nabývá na velikosti, že světlu trvá hodiny, než projde explozí. To je důvod, proč jen pozorováním vzdáleného konce ohnivé koule můžeme nahlédnout dále do historie exploze. Blíže k nám se elektrony napojily na atomová jádra, ale na druhé straně, na vzdálené straně nově vzniklé černé díry, je „současnost“ stále jen budoucností.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/neutron-stars-collide-forging-heavy-elements-in-a-cosmic-inferno/ a https://www.manchester.ac.uk/about/news/astronomers-expose-the-aftermath-of-a-violent-merger-of-neutron-stars/

autor: František Martinek