Ученые открыли, что столкновения нейтронных звёзд могут временно «ловить» нейтрино

Симуляции экстремальных явлений слияния нейтронных звёзд открыли необычную перспективу для наблюдений нейтрино

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.

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 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.