Když se srazí neutronové hvězdy, explodují jako miniaturní velký třesk

V srpnu 2017 lidstvo pozorovalo zázrak. Poprvé jsme mohli pozorovat srážku dvou neutronových hvězd, událost, kterou pozorovaly teleskopy po celém světě a na kterou upozornil gravitační hluk, když se oba objekty po spirále spojily a vytvořily černou díru.

Už tehdy jsme věděli, že tato jediná událost, výbuch kilonovy s názvem AT2017gfo, nám poskytne dostatek vědeckých údajů, které budeme moci využívat po dlouhá léta. A to se také ukázalo. Nyní vědci poskládali dohromady data z několika teleskopů, aby zrekonstruovali dny po vzniku kilonovy a její prudce se rozpínající ohnivé koule, která dala vzniknout přívalu těžkých prvků.

Podle výzkumného týmu vedeného astrofyzikem Albertem Sneppenem z Niels Bohr Institute na Kodaňské univerzitě se tato událost vyvíjela podobně jako Velký třesk, tedy jako horká polévka částic, která se ochladila a spojila v hmotu. „Tato astrofyzikální exploze se dramaticky vyvíjí hodinu po hodině, takže žádný teleskop nemůže sledovat celý její příběh. Zorný úhel jednotlivých dalekohledů na tuto událost je blokován rotací Země,“ vysvětluje Steppen. „Kombinací stávajících měření z Austrálie, Jižní Afriky a Hubbleova vesmírného dalekohledu však můžeme její vývoj sledovat velmi podrobně. Ukazujeme, že celek ukazuje více než součet jednotlivých souborů dat.“

Jednou z fascinujících věcí, kterou pozorování AT2017gfo ukázala, byl vznik těžkých prvků. Mnoho prvků vzniká v nitru hvězd, kde se při termojaderné fúzi rozbíjejí atomy a vznikají těžší prvky. Existuje však určitá hranice – hvězdy nemohou slučovat prvky těžší než železo, protože energie potřebná k tomuto účelu je větší než energie vzniklá při fúzi. Ke vzniku těžších prvků je zapotřebí velmi energetická událost, například výbuch supernovy.

AT2017gfo ukázala, že kilonovy neutronové hvězdy jsou také produktivními továrnami na těžké prvky – ve světle vyzařovaném během exploze astronomové detekovali signaturu stroncia. Steppen a jeho kolegové tuto analýzu posunuli o krok dále. Pečlivým studiem několika souborů dat se jim podařilo pozorovat vývoj kilonovy hodinu po hodině a vznik těžkých prvků, známých jako prvky r-procesu, v ní.

Když se dvě neutronové hvězdy srazí, je počáteční kilonova z explodovaných útrob neutronové hvězdy extrémně horká, miliardy stupňů, srovnatelná se žárem velkého třesku. V tomto horkém, plazmatickém prostředí mohou elementární částice, jako jsou elektrony, volně svištět, nevázané. Jak se kilonova rozpíná a ochlazuje, částice se navzájem chytají a stávají se atomy. Podle vědců se to podobá období na počátku historie vesmíru známému jako epocha rekombinace.

Přibližně 380 000 let po velkém třesku se vesmír ochladil natolik, že se částice, které se v prvotní plazmatické polévce třepotaly, mohly spojit v atomy. Plazmová polévka rozptylovala světlo, místo aby mu umožňovala šíření, a tato „rekombinace“ znamenala, že světlo mohlo konečně proudit vesmírem.

Proces kombinace pozorovaný u kilonovy neutronové hvězdy je velmi podobný tomu, co se podle našeho názoru odehrálo během epochy rekombinace, což naznačuje, že kilonovy by mohly být výkonnou laboratoří pro zkoumání vývoje raného vesmíru v miniaturním měřítku. Vědcům se také podařilo potvrdit přítomnost stroncia a yttria ve vyvíjející se kilonově, což posiluje podporu pro exploze kilonových jevů jako zdroje těžkých prvků ve vesmíru.

„Nyní můžeme pozorovat okamžik, kdy se atomová jádra a elektrony spojují v následném záblesku,“ říká astrofyzik Rasmus Damgaard z Niels Bohr Institute. „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 tady máme možnost vidět vše zvenčí. Vidíme před okamžikem zrodu atomů, během něj i po něm.“

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: youtube.com, youtube.com, nbi.ku.dk, sciencedaily.com