Золото, платина и... космическая пыль. Ученые выяснили, что происходит спустя несколько недель после столкновения нейтронных звезд, и это меняет представления о «килоновых».
Астрономы нашли вероятное объяснение загадочного инфракрасного свечения, которое возникает спустя несколько недель после слияния нейтронных звезд. Согласно новой модели, причиной может быть образование необычной пыли из тяжелых химических элементов, синтезированных в ходе так называемого r-процесса. Работа пока опубликована в виде препринта на портале arXiv.
При столкновении двух нейтронных звезд происходит мощная вспышка — загорается так называемая килоновая. Во время нее в космос выбрасывается вещество, чрезвычайно богатое нейтронами. В ходе термоядерного синтеза в нем образуются самые тяжелые элементы Вселенной, включая золото и платину. Впервые это удалось убедительно подтвердить после регистрации гравитационно-волнового события GW170817 и связанной с ним килоновой AT2017gfo в 2017 году. Позднее похожие особенности обнаружили и у килоновой AT2023vfi, связанной с гамма-всплеском GRB 230307A, которую исследовал космический телескоп James Webb.
Спектр AT2023vfi через 29 суток после вспышки показал необычно стабильное инфракрасное излучение с температурой около 660 К (примерно 387°C). Обычные модели атомного излучения не могли объяснить такой сигнал. Команда под руководством Нанаэ Домото из Токийского университета предложила решение: по мере охлаждения выброшенного вещества тяжелые элементы конденсируются в твердые пылевые частицы. Именно они начинают испускать ровное тепловое излучение, совпадающее с наблюдениями.
Расчеты показывают, что формирование такой пыли начинается примерно через 10–20 суток после слияния. Сначала частицы появляются в более холодных внешних слоях выброса, а затем процесс охватывает внутренние области. В этот период спектр килоновой должен постепенно переходить от ярких атомных линий к гладкому тепловому свечению пыли — подобное явление ранее наблюдали у обычных сверхновых. При этом разные килоновые могут заметно отличаться друг от друга, поскольку масса, угловая и линейная скорости объектов и химический состав выброшенного вещества неодинаковы.
Авторы считают, что поиск таких пылевых облаков поможет лучше понять, как во Вселенной образуются самые тяжелые элементы. Метод может оказаться полезным не только для изучения слияний нейтронных звезд, но и для коллапсаров, некоторых редких сверхновых и случаев превращения белых карликов в нейтронные звезды.
Событие GW170817 стало первым случаем, когда астрономы одновременно зарегистрировали и гравитационные волны, и электромагнитное излучение от одного катаклизмического события, открыв эпоху многоканальной астрономии.
В 2019 году астрономы напрямую обнаружили в спектре килоновой стронций — это стало первым надежным подтверждением того, что столкновения нейтронных звезд действительно производят тяжелые элементы.
