دانشمندان از مدل‌سازی رایانه‌ای پیشرفته برای تعیین شکل کیلونوا، تابش نوری که به دنبال برخورد و ادغام دو ستاره نوترونی رخ می‌دهد، استفاده کردند. به‌طور قابل‌توجهی، تیم دریافتند که به‌جای شکل‌گیری مانند کره‌های صاف و همگن یا انفجارهای مسطح و دیسک‌مانند، کیلونوواهایی که شبیه‌سازی کرده‌اند با «لکه‌ها» یا «حباب‌ها» پر شده‌اند.
استوارت سیم، یکی از نویسندگان این یافته ها و فیزیکدان دانشگاه بلفاست، به Space.com گفت: «این یک گام مهم رو به جلو در درک نظری از آنچه در ادغام ستاره های نوترونی اتفاق می افتد است.
تعیین آنچه در طول یک ستاره نوترونی این برخورد همچنین پیامدهای مهمی در نزدیکی خانه دارد. این به این دلیل است که اعتقاد بر این است که محیط آشفته ای که تخم ریزی می کند کیلونوا تنها سایت هایی هستند که در جهان مناسب برای جعل عناصر سنگین تر از سرب – از جمله طلایی که در آینده برای جواهرات استفاده می کنیم زمین. امیدواریم که مطالعه کیلونوواها بتواند اطلاعات بیشتری در مورد این فرآیند نشان دهد.
کیلون‌ها سیگنال‌های نوری از ادغام ستاره‌های نوترونی هستند که منشأ تقریباً نیمی از هسته‌های سنگین‌تر از آهن هستند. تقریباً تمام پلاتین و طلایی که امروزه وجود دارد از ادغام ستاره های نوترونی ایجاد شده است. دانشمندان از مرکز تحقیقات آنتی پروتون و یون Space.com گفت. ساختار سه بعدی بسیار مهم به نظر می رسد، و ممکن است به جای شکل بیضی صافی که بسیاری از مردم در نظر گرفته بودند، نیاز به نوعی ساختار فوم دار با توده ها و حباب های کوچک داشته باشیم.
اگر مدل ما خوب است، پس الگوی کامل عناصری که در این نوع رویدادها ایجاد می‌شوند را نیز می‌شناسیم.»
متصل: تلسکوپ فضایی جیمز وب برخورد قدرتمندی بین ستارگان نوترونی را مشاهده کرد
چرا برخورد ستاره های نوترونی یک آزمایشگاه منحصر به فرد برای فیزیک است
به سختی تعجب آور است که برخورد بین نوترون ها ستاره ها با توجه به اینکه این بقایای ستاره ای از متراکم ترین مواد موجود در جهان شناخته شده تشکیل شده اند، چنین شرایط خشونت آمیزی را ایجاد می کنند.
این به این دلیل است که ستارگان نوترونی زمانی متولد می شوند که سوخت ستاره های پرجرم تمام می شود سوخت هسته ای فرآیندهای موجود در هسته خود را انجام می دهند و بنابراین دیگر نمی توانند درایو خارجی را که آنها را در برابر درایو داخلی حفظ کرده است ایجاد کنند جاذبه زمین برای میلیاردها سال سپس، هنگامی که هسته ستاره فرو می ریزد، لایه های بیرونی ستاره به بیرون پرتاب می شوند و در نتیجه جسمی بین یک تا دو برابر جرم خورشید با عرض حدود 12 مایل (20 کیلومتر) ایجاد می شود – یک ستاره نوترونی.
ستاره نوترونی حاصل آنقدر متراکم است که اگر بتوان یک قاشق چای خوری را به زمین آورد، حدود 10 میلیون تن وزن خواهد داشت – این وزن 30 برابر سنگین تر از ساختمان امپایر استیت در نیویورک است.
به این ترتیب، ادغام ستارگان نوترونی آزمایشگاهی منحصربه‌فرد ایجاد می‌کند که در آن امکان مطالعه چیزهایی وجود دارد که شبیه‌سازی آنها در زمین غیرممکن است، به این معنی که تحقیقاتی مانند مطالعه جدید این تیم بسیار فراتر از آن حیاتی است. فیزیک نجومی.
سیم افزود: «در آزمایش‌های زمینی، هرگز نمی‌توانید با ماده‌ای به چگالی ماده ستاره‌ای خنثی مواجه شوید. بنابراین سؤالات اساسی وجود دارد که تا حدودی به جنبه‌های فیزیک ذرات و کرومودینامیک کوانتومی مربوط می‌شوند، و به تعیین چگالی ماده ستاره نوترونی و چگونگی واکنش ماده ستاره نوترونی به این فرآیند خرد کردن دینامیک مربوط می‌شوند. با یکدیگر.”
درست مثل چیزی که واقعی است
با این حال، چیزی که تیم شگفت‌انگیز یافت، این بود که مدل‌های تولید شده توسط کامپیوتر آنها چقدر با مشاهدات واقعی کیلونووا، معروف به AT2017gfo، که در اثر برخورد دو ستاره نوترونی واقع در حدود 130 میلیون نفر ایجاد شد، مطابقت داشت. سال نوری دور در کهکشان NGC 4993.
شینگل توضیح داد که چرا AT2017gfo تنها انتخاب واقعی برای مقایسه با شبیه‌سازی‌های پیشرفته تیم است. او گفت: «این تنها موردی است که به خوبی رصد شده است و ما هر چند ساعت یک بار طیف های بسیار خوبی برای آن گرفته ایم. اجسام دیگری نیز وجود دارند که مردم فکر می‌کنند احتمالاً کیلوبایتی هستند، اما آنها واقعاً مشاهدات کافی برای مشاهده جزئیات دقیق کیلوبایت‌ها ندارند.
در مورد حباب غیرمنتظره کیلونووا که در شبیه‌سازی‌ها دیده می‌شود، سیم گفت که در حالی که این حباب نتیجه فیزیک پیچیده است و هنوز به طور کامل درک نشده است، چیزی که به نظر می‌رسد باعث ایجاد این ساختار عجیب و غریب می‌شود، ماده خارج شده در طول برخورد بین ستاره‌های نوترونی است.
سیم ادامه داد: «هنگامی که دو ستاره نوترونی با هم برخورد می کنند، مکانیسم های مختلفی وجود دارد که باعث پرتاب مواد می شود. «مقوله خاصی از مکانیسم‌هایی که ما در اینجا بیشتر به آن نگاه می‌کنیم این است که وقتی آنها شروع به فشار دادن به هم می‌کنند، مواد در امتداد محور به نوعی به بیرون پرتاب می‌شوند. همانطور که آنها به طرفین له می شوند، این چیز پرتاب شده به نوعی بالا و پایین می شود.”
سپس این چیزها با ذرات دیگری که در اثر برخورد ایجاد می شوند برهم کنش می کنند که می تواند ترکیب ماده پرتاب شده را تغییر دهد.
مورد دیگری که انتظارات تیم را زیر پا می گذارد، نبود عناصر سنگین در مدل های آنها است. سیم توضیح داد که تیم به وفور عناصر «جدول تناوبی میانی» مانند استرانسیوم، اما کمبود چیزهایی مانند طلا و پلاتین را یافته است.
“این کمی تعجب آور است. این به ما در مورد سنتز هسته ای که در واقع در حال انجام است می گوید. و این نشان می دهد که این چیزها تعداد زیادی از این نوع واسطه ها را تولید می کنند. اما ما هنوز شواهد واقعی قطعی برای شدیدترین آنها نداریم. به احتمال زیاد عناصر سنگین وجود دارند، اما شناسایی مستقیم آنها در این شی خاص دشوارتر است. این چیزی است که برای ادامه کار روی آن بررسی خواهیم کرد.”
مشاهده کیلونووا از همه جهات
در این شبیه سازی، تیم برخورد دو ستاره نوترونی با جرمی حدود 1.3 برابر خورشید. شبیه‌سازی‌های دیگری از برخورد ستاره‌های نوترونی در حال حاضر در حال انجام است، جایی که تیم جرم ستارگان نوترونی در حال برخورد و همچنین دینامیک ماده را در طول ادغام تغییر داده است.
سیم افزود: «امیدواریم ظرف چند سال ما شبیه‌سازی‌های زیادی از این دست داشته باشیم و بتوانیم آنها را با هم مقایسه کنیم و ببینیم که چه چیزهایی ممکن است در هر مورد متفاوت باشند.» “امیدواریم که مشاهداتی از کیلونواهای واقعی بیشتری نیز داشته باشیم تا ببینیم چقدر تنوع واقعی در این دسته از رویدادهای مشاهده شده وجود دارد.”
محقق همچنین بر این باور است که شکل سه بعدی مدلی که او و همکارانش ایجاد کرده‌اند، می‌تواند به اخترشناسان کمک کند تا کیلونوواها را در مشاهدات با ارائه ایده‌ای از شکل ظاهری آنها از زوایای مختلف شناسایی کنند.
آنچه این شبیه سازی پیش بینی می کند این است که بسته به جهتی که به کیلونووا نگاه می کنید، چیزهای مختلفی خواهید دید. بنابراین مسیرهایی وجود دارد که می‌توانید به آن نگاه کنید، و بسیار شبیه AT2017gfo است.” اما شبیه‌سازی نشان می‌دهد که اگر به یک کیلووات از اختلاف جهت ۹۰ درجه نگاه کنید، چیزی کاملا متفاوت خواهید دید. بنابراین یک پیش‌بینی در مورد درجه تنوعی که ناظران باید مراقب آن باشند وجود دارد، بنابراین شما قطعاً نباید چیزی را بیرون بیاندازید فقط به این دلیل که کاملاً شبیه AT2017gfo نیست. هنوز هم می تواند یک کیلونووا باشد.”
تحقیقات این تیم در 8 سپتامبر منتشر شد نامه های مجله اخترفیزیک.
