Що відбувається, коли найщільніші, наймасивніші зірки – які також є надмалі – стикаються? Вони посилають яскраві вибухи, відомі як кілонові (kilonovae). Подумайте про ці події як про природний феєрверк Всесвіту. Теоретики підозрюють, що вони періодично трапляються в усьому космосі – як близькому, так і далекому.
Незабаром у вчених з’явиться додаткова обсерваторія, яка допоможе стежити за цими видатними подіями та навіть розвідувати їх: космічний телескоп імені Ненсі Грейс Роман NASA , який планується запустити до травня 2027 року.
Нейтронні зірки
Ключовими учасниками кілонових є нейтронні зірки , центральні ядра зірок, які зруйнувалися під дією сили тяжіння під час вибухів наднових. Кожна з них має масу, подібну до маси Сонця, але лише близько 10 кілометрів у діаметрі. І коли вони стикаються, вони викидають уламки, що рухаються зі швидкістю, близькою до світла. Вважається, що ці вибухи також утворюють важкі елементи, такі як золото, платина та стронцій (що надає справжньому феєрверку приголомшливого червоного кольору). Кілонові вистрілюють ці елементи в космос, потенційно дозволяючи їм опинитися в скелях, які утворюють кору планет земної групи, таких як Земля.
Авторство: NASA, ESA, Дж. Олмстед (STScI)
Кілонова
Астрономічна спільнота зафіксувала одну з цих видатних подій Кілонової у 2017 році. Вчені з Лазерної інтерферометричної гравітаційно-хвильової обсерваторії (LIGO) Національного наукового фонду виявили зіткнення двох нейтронних зірок спочатку за допомогою гравітаційних хвиль – брижів у просторі-часі. Майже одночасно космічний гамма-телескоп NASA Fermi виявив світло високої енергії. NASA швидко повернулося, щоб спостерігати за подією за допомогою більшого парку телескопів, і зафіксувало згасаюче сяйво розширюваних уламків вибуху на серії зображень.
Але гравці в цьому прикладі зіткнулися практично на нашому «дворі», принаймні в астрономічному плані. Вони знаходяться лише на відстані 130 мільйонів світлових років від нас. Повинно бути більше кілонових – і багато тих, що розлітаються далі – усіяних нашим вічно активним Всесвітом.
Виявлення більш віддалених кілонових
На цьому етапі LIGO лідирує в ідентифікації злиття нейтронних зірок. Він може виявляти гравітаційні хвилі в усіх областях неба, але деякі з найвіддаленіших зіткнень можуть бути занадто слабкими, щоб їх ідентифікувати. Роман збирається приєднатися до пошуку LIGO, пропонуючи додаткові якості, які допоможуть «наповнити» команду.
Роман — це оглядовий телескоп, який багаторазово сканує одні й ті самі ділянки неба. Крім того, поле зору Романа у 200 разів більше, ніж інфрачервоне поле зору космічного телескопа Хаббл – не таке велике, як у LIGO, але величезне для телескопа, який робить зображення. Його каденція дозволить дослідникам помітити, коли об’єкти на небі стають яскравішими або тьмянішими, незалежно від того, знаходяться вони поблизу чи дуже далеко.
Потужний Роман
Роман надасть дослідникам потужний інструмент для спостереження за надзвичайно далекими кілоновими. Це відбувається за рахунок розширення простору. Світло, яке залишило зірки мільярди років тому, з часом розтягується на довші, червоніші хвилі, відомі як інфрачервоне світло. Оскільки Roman спеціалізується на захопленні ближнього інфрачервоного світла, він виявляє світло від дуже віддалених об’єктів. Як далеко?
«Роман зможе побачити кілька кілонових, світло яких подолало близько 7 мільярдів років, щоб досягти Землі”, — пояснила Єва Чейз, докторант Лос-Аламоської національної лабораторії в Лос-Аламосі, Нью-Мексико.
Чейз очолила нове дослідження, яке змоделювало, як відмінності у викидах кілонових можуть змінювати те, що ми очікуємо спостерігати з обсерваторій, включаючи Роман.
Існує ще одна перевага ближнього інфрачервоного світла: воно дає більше часу для спостереження за цими короткочасними спалахами. Хвилі з меншою довжиною хвилі, такі як ультрафіолетове та видиме, зникають із поля зору через день-два. Ближнє інфрачервоне світло можна збирати протягом тижня або більше. Дослідники симулювали дані, щоб побачити, як це працюватиме.
«Для підмножини змодельованих кілонових Роман зможе спостерігати приблизно через два тижні після злиття нейтронних зірок, — додає Чейз. – Це буде чудовий інструмент для спостереження за кілоновими, які знаходяться дуже далеко».
Таємниці кілонових
Незабаром дослідники дізнаються набагато більше про те , де відбуваються кілонові, і як часто ці вибухи відбуваються в історії Всесвіту. Чи ті, що відбулися раніше, якось відрізнялися?
Роман дозволить астрономічному співтовариству розпочати дослідження населення разом із низкою нових аналізів фізики цих вибухів.
Оглядовий телескоп пропонує величезні можливості, а також масу даних, для яких потрібне точне машинне навчання. Астрономи вирішують цю проблему, пишучи код для автоматизації цих пошуків. Зрештою, масивні набори даних Романа допоможуть дослідникам розгадати, мабуть, найбільші таємниці про кілонові на сьогодні:
- Шо відбувається після зіткнення двох нейтронних зірок?
- Чи створює вона одну нейтронну зірку, чорну діру чи щось зовсім інше?
Разом з Роман ми зберемо статистику, необхідну дослідникам для суттєвих проривів.
