Золото, платина и… космическая пыль. Исследователи определили, что происходит через несколько недель после слияния нейтронных звезд, и это изменяет взгляды на «килоновые».
Астрономы обнаружили вероятное объяснение загадочного инфракрасного свечения, которое возникает через несколько недель после слияния нейтронных звезд. Согласно новой модели, причиной может быть образование необычной пыли из тяжелых химических элементов, синтезированных в результате так называемого r-процесса. Работа в настоящее время представлена в виде препринта на портале arXiv.
При столкновении двух нейтронных звезд происходит мощная вспышка — загорается так называемая килоновая. В процессе выделяется вещество, богатое нейтронами. Во время термоядерного синтеза в нем формируются самые тяжелые элементы Вселенной, включая золото и платину. Впервые это было убедительно подтверждено после регистрации гравитационно-волнового события GW170817 и связанной с ним килоновой AT2017gfo в 2017 году. Позднее похожие особенности были зафиксированы и у килоновой AT2023vfi, связанной с гамма-всплеском GRB 230307A, которую исследовал космический телескоп James Webb.
Золотая пыль
Спектр AT2023vfi на 29-й день после вспышки продемонстрировал необычно стабильное инфракрасное излучение с температурой около 660 К (примерно 387°C). Обычные модели атомного излучения не могли дать объяснение такому сигналу. Команда под руководством Нанаэ Домото из Токийского университета предложила решение: по мере охлаждения выброшенного вещества тяжелые элементы конденсируются в твердые пылевые частицы, которые начинают испускать ровное тепловое излучение, совпадающее с наблюдаемыми данными.
Расчеты показывают, что процесс формирования такой пыли начинается примерно через 10–20 суток после слияния. Сначала частицы образуются 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 плавному тепловому свечению пыли — подобное наблюдалось ранее у обычных сверхновых. При этом разные килоновые могут значительно отличаться между собой, поскольку масса, угловая и линейная скорости объектов и химический состав выброшенного вещества варьируются.
Авторы предполагают, что поиск таких пылевых облаков поможет глубже понять, как во Вселенной образуются самые тяжелые элементы. Этот метод может оказаться полезным не только для изучения слияний нейтронных звезд, но и для коллапсаров, редких сверхновых и случаев превращения белых карликов в нейтронные звезды.