Ученые из Университета штата Пенсильвания открыли, что нейтрино, рождённые при столкновении нейтронных звёзд, могут на короткое время взаимодействовать с веществом. Это открытие может помочь учёным лучше понять слияние нейтронных звёзд, которое порождает элементы тяжелее железа, такие как золото и уран.

Нейтрино, известные как «частицы-призраки» из-за отсутствия заряда и малой массы, редко взаимодействуют с материей. Однако, в результате слияния нейтронных звёзд, они могут быть пойманы на границе раздела нейтрон-звезда и стать горячими, что позволяет им взаимодействовать с веществом на короткое время, около двух-трех миллисекунд.

Слияние нейтронных звезд происходит, когда две звезды обращаются друг вокруг друга, излучая гравитационные волны, что приводит к потере орбитальной энергии и столкновению звёзд. Это событие создает «брызги» нейтронов, которые могут быть «захвачены» атомами элементов в окружающей среде, образуя сверхтяжёлые элементы.

На иллюстрации показана гибель массивной звезды в результате вспышки сверхновой, породившей нейтронную звезду или чёрную дыру. Источник: ESO / L. Calçada

Нейтронные звёзды могут существовать в одиночку, но иногда они образуют двойные системы с другими нейтронными звёздами. В таких системах звёзды вращаются вокруг общего центра масс, постепенно приближаясь друг к другу под действием гравитации. Когда они притягиваются достаточно близко, они сливаются и сталкиваются, вызывая гигантский взрыв, который излучает больше энергии, чем все звёзды в нашей галактике вместе взятые.

Команда заметила, что даже без столкновения, первичная нейтронная звезда может отдавать свою массу звезде-компаньону под действием приливной силы. Потеряв достаточное количество массы, она утрачивает способность поддерживать себя под силой собственного гравитационного давления.

Слияние нейтронных звёзд также может создать магнитное поле, в миллиарды раз превосходящее земное, на масштабах порядка нескольких миллисекунд. Вероятно, подобные события создают короткие гамма-всплески. Также слияния могут приводить к появлению килоновых, транзиентных источников почти изотропного излучения вследствие радиоактивного распада тяжёлых ядер.

Первое событие слияния нейтронных звёзд было зарегистрировано в 2017 году с помощью гравитационных волн и электромагнитного излучения. Однако учёные сомневались в том, что этого способа достаточно, чтобы объяснить количество лантаноидов (ряд из 15 химических элементов, которые встречаются в природе в виде соединений и не встречаются в свободном состоянии) и тяжёлых элементов в космическом пространстве, поэтому предполагали, что есть и другие каналы их образования.

Моделирование слияния двойной нейтронной звезды. Нейтрино, созданные на горячей границе раздела между сливающимися звёздами, могут быть ненадолго захвачены и оставаться вне равновесия с холодными ядрами сливающихся звёзд в течение 2–3 миллисекунд. Источник:

Моделирование слияния нейтронных звёзд, проведенное командой из Университета штата Пенсильвания, показало, что точка, в которой встречаются эти звёзды, становится невероятно горячей и плотной, что позволяет нейтрино взаимодействовать с веществом. Это открытие может помочь учёным лучше понять физические взаимодействия, которые происходят во время слияния нейтронных звёзд, и как они влияют на световые сигналы от этих мощных событий.

«Эти экстремальные явления расширяют границы нашего понимания физики. Моделирование играет важную роль, позволяя нам получить представление об этих экстремальных явлениях и обеспечивая данные для будущих экспериментов и наблюдений», — сказал руководитель группы Дэвид Радис.

Подробнее на iXBT