În august 2017, omenirea a fost martora unei minuni cosmice. Pentru prima dată, am asistat la coliziunea a două stele neutronice, un eveniment urmărit de telescoape din întreaga lume, care au detectat perturbațiile gravitaționale produse de cele două corpuri cerești ce spiralează unul către altul pentru a fuziona și a da naștere unei gauri negre.
În acel moment, am știut că această explozie, o kilonovă numită AT2017gfo, urma să ne furnizeze o cantitate impresionantă de date științifice, destinate să sprijine ani întregi de cercetare. Și așa s-a întâmplat. Astăzi, oamenii de știință au reunit date provenite de la telescoape diverse pentru a reconstrui evenimentele din zilele care au urmat după explozia violentă a kilonovei, care a generat un flux de elemente grele, conform Descoperă.ro.
Conform unei echipe de cercetători conduse de astrofizicianul Albert Sneppen, de la Institutul Niels Bohr al Universității din Copenhaga (Danemarca), acest eveniment a evoluat într-un mod similar cu Big Bangul, pornind de la o „supă fierbinte” de particule ce s-au răcit și s-au transformat în materie.
„Această explozie cosmică se dezvoltă rapid, iar telescoapele nu pot urmări întreaga poveste, deoarece unghiul de observare este limitat de rotația Pământului”, explică Sneppen. „Însă, combinând măsurătorile din Australia, Africa de Sud și de la Telescopul Spațial Hubble, am reușit să urmărim în detaliu evoluția acestui eveniment. Rezultatul final arată că întregul eveniment este mai mult decât suma fiecărui set de date luat individual”, adaugă cercetătorul.
Ciocnirea stelelor neutronice ne oferă un instrument pentru studiul Big Bangului
Una dintre cele mai importante descoperiri legate de kilonova AT2017gfo a fost producerea elementelor grele. Multe dintre aceste elemente sunt formate în interiorul stelelor, prin procese de fuziune nucleară, în care atomii se combină pentru a crea elemente mai grele. Totuși, stelele nu pot fuziona elemente mai grele decât fierul, deoarece pentru acest proces ar fi necesară mai multă energie decât cea pe care o pot genera prin fuziune. Pentru a forma elemente mai grele, este nevoie de un eveniment extrem de energetic, precum o supernovă. Kilonova AT2017gfo a demonstrat că coliziunile între stele neutronice pot acționa ca „fabrici” eficiente de elemente grele. Astfel, în lumina emisă de explozia kilonovei, astronomii au detectat prezența stronțiului.
Sneppen și echipa sa au aprofundat analiza și, studierea atentă a mai multor seturi de date le-a permis să observe evoluția kilonovei oră de oră și formarea elementelor grele, cunoscute sub numele de elemente „r-process”, în interiorul acesteia.
La momentul coliziunii, kilonova, formată din rămășițele stelelor neutronice explodate, este extrem de fierbinte, atingând miliarde de grade, mult mai fierbinte decât condițiile din prima fază a Big Bangului. În acest mediu extrem de fierbinte și plasmatic, particulele elementare, precum electronii, se mișcă liber, fără a fi legate între ele.
Cum s-au format atomii la începutul Universului?
Pe măsură ce kilonova se extinde și se răcește, particulele elementare se atrag și formează atomi, un proces similar cu ceea ce a avut loc în „Epoca Recombinării”, un moment din istoria timpurie a Universului. Aproape 380.000 de ani după Big Bang, Universul s-a răcit suficient pentru ca particulele din „supa” primordială de plasmă să se combine și să formeze atomi. În această perioadă, plasma care înainte dispersa lumina a permis, pentru prima dată, ca lumina să călătorească liber prin Univers.
Procesul de recombinare observat în kilonova de stele neutronice este similar cu cel din Epoca Recombinării, sugerând că kilonovele ar putea fi un „laborator” perfect pentru studierea evoluției timpurii a Universului, la o scară mică.
Cercetătorii au confirmat, de asemenea, prezența stronțiului și ytriului în kilonova expansiunii, susținând astfel ipoteza că exploziile de kilonove sunt surse semnificative de elemente grele în Univers.
„Pentru prima dată, putem observa momentul în care nucleele atomice și electronii se unesc pentru a forma atomi, iar lumina emisă ne permite să măsurăm temperatura materiei și să studiem microfizica acestei explozii îndepărtate”, spune astrofizicianul Rasmus Damgaard, de la Institutul Niels Bohr. „Este ca și cum am privi fundalul cosmic al radiațiilor, dar de această dată avem o fereastră directă în procesul de naștere al atomilor. Vedem totul înainte, în timpul și după momentul în care se formează atomii”, adaugă el.
Comentează