Istnienie kilonowej, powstałej ze zderzenia dwóch gwiazd neutronowych, zostało przewidziane ok. 30 lat temu, ale 16 października astronomowie wreszcie ogłosili, że zaobserwowano to dotąd hipotetyczne zjawisko. Wieść o tym zelektryzowała cały świat naukowy. 70 obserwatoriów skierowało teleskopy we wskazany obszar.

Nowe fale grawitacyjne zarejestrowały dwa amerykańskie detektory należące do LIGO (Laserowe Interferometryczne Obserwatorium Fal Grawitacyjnych) – w Livingstone (Luizjana) i w Hanford (Waszyngton) oraz detektor Advanced Virgo, znajdujący się w Europejskim Obserwatorium Grawitacyjnym (EGO) w Cascinie we Włoszech.

Czułość tych detektorów jest trudna do wyobrażenia. Są w stanie zarejestrować drgania wywołane upadkiem szpilki po drugiej stronie globu. Tak delikatne odkształcenia generowane są przez fale grawitacyjne. Dotąd uważano, że ich źródłem są jedynie zderzenia czarnych dziur. Zmarszczki czasoprzestrzeni wywołane kolizją przemierzają wszechświat niczym fale na wodzie. Tyle że nigdy nie tracą energii, przenikają przez każdą materię i wywołują odkształcenia tak subtelne, że dopiero od niedawna LIGO i Virgo są w stanie je zarejestrować.

Fale i rozbłysk

Zaledwie 1,7 sekundy po odnotowaniu fal grawitacyjnych teleskop Fermiego wykrył krótką serię promieni gamma z tego samego źródła. Niecałe 11 godzin później po raz pierwszy dostrzeżono światło widzialne w obserwowanym obszarze galaktyki NGC 4993, zlokalizowanej w odległości około 130 milionów lat świetlnych od Ziemi w kierunku konstelacji Hydra.

– Gdy widmo pojawiło się na naszych ekranach, uświadomiłem sobie, że to najbardziej nietypowe zjawisko, jakie kiedykolwiek widziałem – mówi Stephen Smartt prowadzący obserwacje w ramach ePESSTO (extended Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects). – Nigdy wcześniej niczego podobnego nie widziałem. Nasze dane wraz z informacjami z innych grup dowiodły, że to nie jest supernowa, a coś zupełnie innego.

Po połączeniu dwóch gwiazd neutronowych, nastąpił silny rozbłysk radioaktywnych ciężkich pierwiastków. Opuściły kilonową z prędkością jednej piątej prędkości światła. Widma zebrane w ramach ePESSTO i za pomocą instrumentu X-shooter na VLT wskazują na emisje cezu i telluru. W ciągu zaledwie kilku dni barwa gwiazdy zmieniła się z niebieskiej na czerwoną. Naukowcy dotąd nie obserwowali tak szybko przebiegającego procesu.

Nowe pierwiastki

Rejestrowane dane wskazują na nukleosyntezę pierwiastków cięższych od żelaza. Jest to proces, w którym łączą się protony i neutrony, tworząc nowe jądra atomowe. Te doniesienie zaskoczyło naukowców. Istnienie nukleosyntezy i hipotezy o pochodzeniu ciężkich pierwiastków we wszechświecie właśnie się potwierdziły.

– Dane, które dotąd przeanalizowaliśmy, zaskakująco zgadzają się z przewidywaniami. To prawdziwy triumf teoretyków i potwierdzenie, że zdarzenia rejestrowane przez LIGO-Virgo są rzeczywistością – mówi Stefano Covino, autor jednego z artykułów na ten temat opublikowanych w Nature.

Fuzje gwiazd neutronowych wytwarzają znacznie słabsze fale grawitacyjne niż zderzenia czarnych dziur. Zdaniem profesora astronomii i fizyki Eliota Quataerta to, że LIGO-Virgo odkryją w najbliższych latach kolizję gwiazd neutronowych było całkiem możliwe. Jednak zobaczenie jej z tak bliska i w normalnym świetle przekroczyło wszystkie najśmielsze oczekiwania astrofizyków.

Błysk złota

Chociaż wodór i hel pochodzą z Wielkiego Wybuchu 13,8 miliarda lat temu, cięższe pierwiastki, takie jak węgiel i tlen, powstały później w rdzeniach gwiazd poprzez fuzję atomu wodoru i helu. Ale ten proces może tworzyć tylko cząstki nie większe od żelaza. Cięższe pierwiastki wymagają specjalnego środowiska, w którym atomy są wielokrotnie bombardowane przez wolne neutrony. Gdy te przylgną do jądra atomowego, tworzone są dalsze pozycje w układzie okresowym.

Gdzie i jak zachodzi proces produkcji ciężkich pierwiastków jest jednym z najstarszych pytań w astrofizyce. Teraz wiemy, że zderzenie dwóch gwiazd rozsiewa chmury materii bogatej w neutrony. Dzięki temu, mogą się tam tworzyć bardziej złożone jądra atomowe.

Nadal pozostały podstawowe pytania dotyczące tego, jak wygląda kilonowa.

– Gdy obliczyliśmy nieprzejrzystość elementów powstających w wyniku połączenia gwiazdy neutronowej, odkryliśmy wiele zmian. Cząstki lżejsze były optycznie podobne do elementów znalezionych w supernowej, ale cięższe atomy były ponad 100 razy mniej przezroczyste niż to, co przyzwyczailiśmy się obserwować w astrofizycznych eksplozjach – stwierdziła Jennifer Barnes. – Jeśli w pozostałościach po eksplozji występują ciężkie pierwiastki, ich wysoka nieprzezroczystość powinna dać kilonowej czerwonawą barwę.

Obserwowane od poniedziałku zjawisko rozpoczęło się od emisji niebieskiego światła. To sugeruje, że potwierdzają się wcześniejsze modele teoretyczne. Kolor błysku świadczy o tym, że zewnętrzne warstwy składają się z lekkich cząstek, takich jak srebro. W kolejnych dniach emisja zmieniała się w czerwień, co sygnalizuje, że wewnętrzne warstwy chmur zawierają również najcięższe elementy, takie jak platyna, złoto i uran.

Naukowcy postanowili obliczyć ilość i skład chemiczny wytworzonego materiału. Wywnioskowali, że około 6 proc. masy kilonowej stanowią ciężkie pierwiastki. Ilość samego złota jest 200 razy większa niż masa Ziemi, a platyny – prawie 500. ©?