استخدم العلماء نماذج حاسوبية متقدمة لتحديد شكل الكيلونوفا، وهو انبعاث للضوء يتبع اصطدام واندماج نجمين نيوترونيين. بشكل غير عادي، اكتشف الفريق أنه بدلاً من أن تكون على شكل كرات ناعمة ومتجانسة أو انفجارات مسطحة تشبه القرص، كانت الكيلونوفا التي قاموا بمحاكاتها مليئة بـ “النقط” أو “الفقاعات”.
قال ستيوارت سيم، المؤلف المشارك لدراسة حول النتائج والفيزيائي في جامعة بلفاست، لموقع Space.com: “هذه خطوة مهمة إلى الأمام في الفهم النظري لما يحدث في اندماج النجوم النيوترونية”.
تحديد ما يحدث خلال أ النجم النيوتروني الاصطدام له أيضًا آثار مهمة بالقرب من المنزل. ذلك لأنه يعتقد أن البيئات المضطربة هي التي تولد كيلونوفا هي المواقع الوحيدة في الكون مناسبة لتشكيل عناصر أثقل من الرصاص، بما في ذلك الذهب الذي نستخدمه في المجوهرات هنا أرض. ومن المأمول أن تكشف دراسة الكيلونوفا المزيد عن هذه العملية.
“الكيلونوفات هي الإشارات الضوئية الناتجة عن اندماج النجوم النيوترونية، والتي هي أصل حوالي نصف النوى الأثقل من الحديد. تقريبا كل البلاتين والذهب الموجود اليوم تم إنشاؤه من اندماج النجوم النيوترونية،” لوك شينجلز، المؤلف الرئيسي للكتاب. البحث والعلماء في مرفق لأبحاث البروتون المضاد والأيونات قال Space.com. “يبدو أن البنية ثلاثية الأبعاد مهمة جدًا، وقد يكون من الضروري أن يكون لديك نوع من البنية الرغوية ذات كتل صغيرة وفقاعات، بدلاً من الشكل الإهليلجي الناعم الذي كان يفترضه الكثير من الناس.
“إذا كان نموذجنا جيدًا، فإننا نعرف أيضًا النمط الكامل للعناصر التي تم إنشاؤها في هذا النوع من الأحداث.”
متعلق ب: تلسكوب جيمس ويب الفضائي يرصد تصادمًا عنيفًا بين النجوم النيوترونية
لماذا تعتبر اصطدامات النجوم النيوترونية مختبرًا فريدًا للفيزياء
ليس من المستغرب أن تصادمات بين النيوترونات النجوم تولد مثل هذه الظروف العنيفة، مع الأخذ في الاعتبار أن هذه البقايا النجمية تتكون من المادة الأكثر كثافة في الكون المعروف.
وذلك لأن النجوم النيوترونية تولد عندما ينفد الوقود اللازم للنجوم الضخمة الاندماج النووي العمليات في جوهرها، وبالتالي لم تعد قادرة على توليد الدفع الخارجي الذي دعمها ضد الدفع الداخلي جاذبية لمليارات السنين. بعد ذلك، عندما ينهار قلب النجم، يتم إخراج الطبقات الخارجية للنجم، مما يؤدي إلى تكوين جسم له كتلة تتراوح بين مرة إلى مرتين كتلة الشمس ويبلغ عرضه حوالي 12 ميلًا (20 كيلومترًا) – وهو نجم نيوتروني.
هذا النجم النيوتروني الناتج كثيف جدًا لدرجة أنه إذا أمكن إحضار ملعقة صغيرة منه إلى الأرض، فسيزن حوالي 10 ملايين طن، أي أثقل بـ 30 مرة من مبنى إمباير ستيت في مدينة نيويورك.
على هذا النحو، تؤدي اندماجات النجوم النيوترونية إلى إنشاء مختبر فريد من نوعه حيث يمكن دراسة الأشياء التي سيكون من المستحيل محاكاتها هنا على الأرض، مما يعني أن البحث مثل الدراسة الجديدة للفريق أمر حيوي أبعد من ذلك بكثير. الفيزياء الفلكية.
وأضاف سيم: “في التجارب الأرضية، لا يمكنك أبدًا مواجهة مادة بكثافة المادة النجمية المحايدة”. “لذلك هناك أسئلة أساسية تتعلق نوعًا ما بجوانب فيزياء الجسيمات والديناميكا الكمية الكمومية، وهي ذات صلة بتحديد مدى كثافة مادة النجم النيوتروني في الواقع وكيف ستستجيب مادة النجم النيوتروني لهذه العملية الديناميكية المتمثلة في سحقها معًا”.
تماما مثل الشيء الحقيقي
ومع ذلك، فإن ما وجده الفريق مفاجئًا هو مدى توافق النماذج التي تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر مع ملاحظات الحياة الواقعية للكيلونوفا المعروفة باسم AT2017gfo، والتي نشأت عن الاصطدام بين نجمين نيوترونيين يقعان على بعد حوالي 130 مليونًا. سنة ضوئية بعيدا عنا في المجرة NGC 4993.
وأوضح القوباء المنطقية لماذا كان AT2017gfo هو الخيار الحقيقي الوحيد للمقارنة بعمليات المحاكاة المتقدمة للفريق. وقال “إنه الوحيد الذي تمت ملاحظته بشكل جيد للغاية والذي تم التقاط أطياف جيدة له كل بضع ساعات”. “هناك أجسام أخرى يعتقد الناس أنها من المحتمل أن تكون كيلونوفا، ولكن ليس لديهم ما يكفي من الملاحظات لمعرفة كيف تبدو الكيلونوفا بتفصيل كبير.”
أما بالنسبة للفقاعة غير المتوقعة للكيلونوفا التي لوحظت في عمليات المحاكاة، فقد ذكر سيم أنه على الرغم من أن هذا نتيجة لفيزياء معقدة ولم يتم فهمه بالكامل بعد، يبدو أن ما يسبب البنية الغريبة هو المادة المقذوفة أثناء الصدام بين النجوم النيوترونية .
وتابع سيم: “عندما يجتمع نجمان نيوترونيان معًا، هناك آليات مختلفة مختلفة تتسبب في طرد المواد”. “الفئة الخاصة من الآليات التي كنا ننظر إليها كثيرًا هنا هي عندما تبدأ في الدفع معًا، يتم “تدفق” نوع من المواد على طول المحور. وعندما تنضغط من الجوانب، فإن هذه المادة المقذوفة نوعًا ما يأتي وينزل.”
تتفاعل هذه المادة بعد ذلك مع الجسيمات الأخرى الناتجة عن الاصطدام، مما قد يغير تركيبة المادة المقذوفة.
الشيء الآخر الذي تحدى توقعات الفريق هو عدم وجود عناصر ثقيلة في نماذجهم. وأوضح سيم أن الفريق وجد وفرة من عناصر “الجدول الدوري المتوسط”، مثل السترونتيوم، ولكن مع غياب عناصر مثل الذهب والبلاتين.
وقال سيم: “إنها مفاجأة بعض الشيء. إنها تخبرنا عن عملية التخليق النووي التي تحدث بالفعل. وتشير إلى أن هذه الأشياء تنتج الكثير من هذه الأنواع من العناصر المتوسطة”. “لكننا لا نملك حتى الآن دليلًا قاطعًا على وجود العناصر الأثقل. ومن المحتمل جدًا أن تكون العناصر الثقيلة موجودة، ولكن من الصعب تحديدها بشكل مباشر في هذا الجسم بالذات. وهذا شيء سنتناوله لمواصلة العمل عليه”.
النظر إلى الكيلونوفا من جميع الزوايا
قصص ذات الصلة:
– النجوم النيوترونية “المستحيلة” يمكن أن تفسر الومضات الغريبة
– كيف غمرت اصطدامات النجوم النيوترونية الأرض بالذهب والمعادن الثمينة الأخرى
– أقوى انفجار لأشعة جاما على الإطلاق يمكن أن يساعد في الكشف عن كيفية ولادة الثقوب السوداء
في هذه المحاكاة، قام الفريق بنمذجة اصطدام نجمين نيوترونيين بكتلة تبلغ حوالي 1.3 مرة من كتلة النجم النيوتروني الشمس. تجري حاليًا أيضًا عمليات محاكاة أخرى لاصطدامات النجوم النيوترونية، حيث قام الفريق بتغيير كتلة النجوم النيوترونية المتصادمة بالإضافة إلى ديناميكيات المادة أثناء عمليات الاندماج.
وأضاف سيم: “نأمل، في غضون سنوات قليلة، أن يكون لدينا العديد من عمليات المحاكاة المشابهة لهذه، وسنكون قادرين على مقارنتها ومعرفة الأشياء التي من المحتمل أن تختلف من حالة إلى أخرى”. “نأمل أن يكون لدينا أيضًا ملاحظات عن الكيلونوفا الحقيقية لمعرفة مقدار الاختلاف الحقيقي الموجود في هذه الفئة المرصودة من الأحداث.”
ويعتقد الباحث أيضًا أن الشكل ثلاثي الأبعاد للنموذج الذي أنشأه هو وزملاؤه يمكن أن يساعد علماء الفلك في تحديد الكيلونوفا في الملاحظات من خلال منحهم فكرة عما تبدو عليه من زوايا متعددة.
واختتم سيم كلامه قائلاً: “ما تتنبأ به هذه المحاكاة هو أنه اعتمادًا على الاتجاه الذي تنظر فيه إلى الكيلونوفا، سوف ترى أشياء مختلفة. لذلك هناك بعض الاتجاهات التي يمكنك النظر إليها، وهي تشبه إلى حد كبير AT2017gfo”. “لكن المحاكاة تشير إلى أنه إذا نظرت إلى كيلونوفا من اختلاف الاتجاه بمقدار 90 درجة، فسوف ترى شيئًا مختلفًا تمامًا. لذلك هناك تنبؤ حول درجة الاختلاف التي يجب على المراقبين الانتباه إليها، لذا فهم بالتأكيد لا ينبغي التخلص من أي شيء لمجرد أنه لا يبدو تمامًا مثل AT2017gfo. فمن الممكن أن يكون كيلونوفا.”
تم نشر بحث الفريق في 8 سبتمبر في مجلة رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.