Слияние нейтронных звезд
Слияние нейтронных звезд — это звездное столкновение нейтронных звезд . Когда две нейтронные звезды попадают на взаимную орбиту, они постепенно скручиваются внутрь из-за гравитационного излучения . Когда они наконец встречаются, их слияние приводит к образованию либо более массивной нейтронной звезды, либо – если масса остатка превышает предел Толмана–Оппенгеймера–Волкова – черной дыры . Слияние может создать магнитное поле, которое в триллионы раз сильнее, чем у Земли, за одну или две миллисекунды. Считается, что эти события вызывают короткие гамма-всплески . [1]
Слияние нейтронных звезд на мгновение создает среду с таким экстремальным потоком нейтронов, что может произойти r -процесс . Эта реакция обеспечивает нуклеосинтез около половины изотопов элементов тяжелее железа. [2]
В результате слияний также образуются килоновые . [3] которые являются переходными источниками изотропного более длинноволнового электромагнитного излучения из-за радиоактивного распада тяжелых ядер r -процесса, которые образуются и выбрасываются в процессе слияния. [4] Kilonovae обсуждался как возможный участок r -процесса с тех пор, как реакция была впервые предложена в 1999 году, но этот механизм получил широкое признание после того, как с несколькими посланниками событие GW170817 в 2017 году наблюдалось .
Наблюдаемые слияния [ править ]
17 августа 2017 года коллаборация LIGO / Virgo обнаружила GW170817 . [5] гравитационная волна , связанная со слиянием двух нейтронных звезд в NGC 4993 , эллиптической галактике в созвездии Гидры . [6] GW170817 произошел одновременно с коротким (длительностью примерно 2 секунды) гамма-всплеском , GRB 170817A впервые обнаруженным через 1,7 секунды после сигнала слияния GW, и событием наблюдения в видимом свете, впервые наблюдавшимся через 11 часов после этого, SSS17a . [7] [8] [9] [10] [11]
Совместное появление GW170817 и GRB 170817A как в пространстве, так и во времени убедительно свидетельствует о том, что слияния нейтронных звезд создают короткие гамма-всплески. Последующее обнаружение события Swope Supernova Survey 2017a (SSS17a) [12] в районе, где, как известно, произошли GW170817 и GRB 170817A, и что он имеет ожидаемые характеристики килоновой звезды , это убедительно указывает на то, что слияния нейтронных звезд также ответственны за образование килоновых звезд. [13]
В феврале 2018 года переходный комплекс Цвикки начал отслеживать события нейтронных звезд посредством наблюдения гравитационных волн. [14] о чем свидетельствуют «систематические выборки приливных нарушений ». [15] Позже в том же году астрономы сообщили, что GRB 150101B , гамма-всплеск, обнаруженный в 2015 году, может быть напрямую связан с GW170817 и связан со слиянием двух нейтронных звезд. Сходство между этими двумя событиями с точки зрения гамма- , оптического и рентгеновского излучения, а также природы связанных с ними родительских галактик «поразительно», что позволяет предположить, что оба отдельных события могут быть результатом слияния. По мнению исследователей, обе нейтронные звезды могут быть килоновыми, которые могут быть более распространены во Вселенной, чем считалось ранее. [16] [17] [18] [19]
Также в октябре 2018 года учёные представили новый способ использования информации о гравитационно-волновых событиях (особенно связанных со слиянием нейтронных звёзд, таких как GW170817) для определения постоянной Хаббла , определяющей скорость расширения Вселенной . [20] [21] Два более ранних метода определения постоянной Хаббла — один на основе красного смещения , а другой на основе лестницы космических расстояний — расходятся примерно на 10%. Эту разницу, напряжение Хаббла , можно было бы устранить, используя килоновые звезды в качестве еще одного типа стандартной свечи . [22]
В апреле 2019 года гравитационно-волновые обсерватории LIGO и Virgo объявили об обнаружении события-кандидата, которым с вероятностью 99,94% является слияние двух нейтронных звезд. Несмотря на обширные последующие наблюдения, электромагнитного аналога обнаружить не удалось. [23] [24] [25]
В 2023 году было опубликовано наблюдение килоновой GRB 230307A , включая вероятные наблюдения спектров теллура и лантаноидов . элементов [26]
XT2 (магнитар) [ править ]
В 2019 году анализ данных рентгеновской обсерватории Чандра выявил еще одно слияние двойной нейтронной звезды на расстоянии 6,6 миллиардов световых лет — рентгеновский сигнал под названием XT2. В результате слияния образовался магнетар ; его выбросы можно было обнаружить в течение нескольких часов. [27]
Влияние на Землю [ править ]
Космические лучи, испускаемые в результате слияния нейтронных звезд, произошедшего на расстоянии менее 10 парсеков от Земли , привели бы к окончательному вымиранию человечества. [28] Для сравнения, для коротких гамма-всплесков (sGRB) летальная зона простирается на сотни парсеков. [29] Другие источники, такие как околоземные сверхновые, испускают фотоны высокой энергии в виде гамма-лучей и рентгеновских лучей ; Земли они разрушили бы озоновый слой , подвергнув население смертельному уровню UVB- Солнца излучения .
По сравнению с ними слияния нейтронных звезд уникальны тем, что они испускают множество источников вредного излучения, включая выбросы в результате радиоактивного распада тяжелых элементов. [30] рассеяны коконом sGRB, [31] само послесвечение sGRB, [32] и космические лучи , ускоренные взрывом. В порядке прибытия фотоны идут первыми после слияния, а космические лучи прибывают на 100–1000 лет позже. . Выброшенный материал поднимает межзвездную среду и создает пузырь, похожий на остаток сверхновой, содержащий смертельную дозу космических лучей. Если бы Земля была поглощена остатком, эти космические лучи, как и гамма-лучи, истощили бы озон и могли бы взаимодействовать с атмосферой, образуя слабовзаимодействующие мюоны . Плотности потока этих генерируемых частиц было бы достаточно, чтобы стерилизовать планету, проникая даже глубоко в пещеры и под воду. Опасность для жизни заключается в способности частиц разрушать ДНК, вызывая врожденные дефекты и мутации. [33] [34]
По сравнению со сверхновыми, слияния двойных нейтронных звезд (БНС) влияют на аналогичный объем пространства, но они происходят гораздо реже и имеют более сильную зависимость от ориентации события относительно Земли. Соответственно, общая угроза вымирания человечества от события BNS чрезвычайно низка. [28]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Россвог, Стефан (2013). «Астрофизика: Радиоактивное свечение как дымящийся пистолет» . Природа . 500 (7464): 535–6. Бибкод : 2013Natur.500..535R . дои : 10.1038/500535a . ПМИД 23985867 . S2CID 4401544 .
- ^ Стромберг, Джозеф (16 июля 2013 г.). «Все золото во Вселенной могло возникнуть в результате столкновений нейтронных звезд» . Смитсоновский институт . Проверено 27 апреля 2014 г.
- ^ «Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил, что слияния нейтронных звезд создают золото в космосе: «Это было захватывающе» » . Space.com . 21 февраля 2024 г.
- ^ Танвир, Северная Каролина; Леван, Эй Джей; Фрухтер, А.С.; Хьорт, Дж.; Хаунселл, РА; Виерсма, К.; Танниклифф, РЛ (2013). «Килонова», связанная с кратковременным гамма-всплеском GRB 130603B». Природа . 500 (7464): 547–9. arXiv : 1306.4971 . Бибкод : 2013Natur.500..547T . дои : 10.1038/nature12505 . ПМИД 23912055 . S2CID 205235329 .
- ^ Эбботт, BP; и другие. ( Научное сотрудничество LIGO и сотрудничество Virgo ) (16 октября 2017 г.). «GW170817: Наблюдение гравитационных волн от спирали двойной нейтронной звезды». Письма о физических отзывах . 119 (16): 161101. arXiv : 1710.05832 . Бибкод : 2017PhRvL.119p1101A . doi : 10.1103/PhysRevLett.119.161101 . ПМИД 29099225 . S2CID 217163611 .
- ^ Шарпинг, Натаниэль (18 октября 2017 г.). «Гравитационные волны показывают, как быстро расширяется Вселенная» . Астрономия . Проверено 18 октября 2017 г.
- ^ Чо, Адриан (16 октября 2017 г.). «Слияние нейтронных звезд порождает гравитационные волны и небесное световое шоу» . Наука . Проверено 16 октября 2017 г.
- ^ Ландау, Элизабет; Чоу, Фелисия; Вашингтон, Дьюэйн; Портер, Молли (16 октября 2017 г.). «Миссии НАСА уловили первый свет гравитационно-волнового явления» . НАСА . Проверено 16 октября 2017 г.
- ^ Прощай, Деннис (16 октября 2017 г.). «LIGO впервые обнаружила жестокое столкновение нейтронных звезд» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 16 октября 2017 г.
- ^ Кригер, Лиза М. (16 октября 2017 г.). «Яркий свет, увиденный во Вселенной, доказывающий правоту Эйнштейна: жестокие столкновения являются источником нашего золота и серебра» . Новости Меркурия . Проверено 16 октября 2017 г.
- ^ Эбботт, BP; и другие. (LIGO, Virgo и другие коллаборации) (октябрь 2017 г.). «Мультимессенджерские наблюдения за слиянием двойной нейтронной звезды» (PDF) . Астрофизический журнал . 848 (2): Л12. arXiv : 1710.05833 . Бибкод : 2017ApJ...848L..12A . дои : 10.3847/2041-8213/aa91c9 .
Оптические и ближние инфракрасные спектры, полученные за эти несколько дней, предоставили убедительные аргументы в пользу того, что этот переходный процесс не похож ни на один другой, обнаруженный в обширных оптических исследованиях в широком поле за последнее десятилетие.
- ^ Пан, Ю.-К.; и другие. (2017). «Старая родительская галактика, окружающая SSS17a, первый электромагнитный аналог источника гравитационных волн» . Астрофизический журнал . 848 (2): L30. arXiv : 1710.05439 . Бибкод : 2017ApJ...848L..30P . дои : 10.3847/2041-8213/aa9116 . S2CID 3516168 .
- ^ Nature Astronomy (16 октября 2017 г.) Килоновые, короткие гамма-всплески и слияния нейтронных звезд
- ^ Пиз, Роланд (2 мая 2019 г.). «Гравитационные волны сейчас охотятся с огромной скоростью» . Новости BBC.
- ^ Эрик К. Беллм, Шринивас Р. Кулкарни, Мэтью Дж. Грэм, Ричард Декани, Роджер М. Смит, Рид Риддл, Фрэнк Дж. Маски, Джордж Хелу, Томас А. Принс, Скотт М. Адамс (7 декабря 2018 г.) Установка Zwicky Transient: обзор системы, производительность и первые результаты
- ^ «Все как одна: обнаружен родственник источника гравитационных волн» . ЭврекАлерт! (Пресс-релиз). Университет Мэриленда. 16 октября 2018 года . Проверено 17 октября 2018 г.
- ^ Троя, Э.; и другие. (16 октября 2018 г.). «Светящаяся синяя килоновая звезда и внеосевая струя от компактного слияния двойной пары с z = 0,1341» . Природные коммуникации . 9 (1): 4089. arXiv : 1806.10624 . Бибкод : 2018NatCo...9.4089T . дои : 10.1038/s41467-018-06558-7 . ПМК 6191439 . ПМИД 30327476 .
- ^ Мохон, Ли (16 октября 2018 г.). «GRB 150101B: дальний родственник GW170817» . НАСА . Проверено 17 октября 2018 г.
- ^ Уолл, Майк (17 октября 2018 г.). «Мощная космическая вспышка, вероятно, является еще одним слиянием нейтронных звезд» . Space.com . Проверено 17 октября 2018 г.
- ^ Лернер, Луиза (22 октября 2018 г.). «Гравитационные волны вскоре смогут служить мерой расширения Вселенной» . Физика.орг . Проверено 22 октября 2018 г.
- ^ Чен, Синь-Ю; Фишбах, Майя; Хольц, Дэниел Э. (17 октября 2018 г.). «Двухпроцентное измерение постоянной Хаббла от стандартных сирен за пять лет». Природа . 562 (7728): 545–547. arXiv : 1712.06531 . Бибкод : 2018Natur.562..545C . дои : 10.1038/s41586-018-0606-0 . ПМИД 30333628 . S2CID 52987203 .
- ↑ Чарли Вуд (13 декабря 2021 г.) Космологи парируют нападки на хваленый космологический принцип
- ^ «Срочное: LIGO обнаружила гравитационные волны от еще одного слияния нейтронных звезд» . Д-бриф . 25 апреля 2019 года . Проверено 13 августа 2019 г.
- ^ "ГрейсДБ |" . www.gracedb.ligo.org . Проверено 13 августа 2019 г.
- ^ Хоссейнзаде, Г.; Каупертуэйт, PS; Гомес, С.; Вильяр, Вирджиния (18 июля 2019 г.). «Продолжение событий-кандидатов в гравитационную волну нейтронной звезды S190425z и S190426c с помощью MMT и SOAR» . Астрофиз. Дж . 880 (1): Л4. arXiv : 1905.02186 . Бибкод : 2019ApJ...880L...4H . дои : 10.3847/2041-8213/ab271c . hdl : 10150/633863 . S2CID 146121014 .
- ^ Леван, Эндрю; Гомпертц, Бенджамин П.; Салафия, Ом Шаран; Булла, Маттиа; Бернс, Эрик; Хотокезака, Кента; Иззо, Лука; Лэмб, Гэвин П.; Малезани, Даниэле Б.; Оутс, Саманта Р.; Равазио, Мария Эдвиге; Руко Эскориал, Алисия; Шнайдер, Бенджамин; Зарин, Нихил; Шульце, Стив (25 октября 2023 г.). «Производство тяжелых элементов при слиянии компактных объектов, наблюдаемое JWST» . Природа . 626 (8000): 737–741. arXiv : 2307.02098 . дои : 10.1038/s41586-023-06759-1 . ISSN 0028-0836 . ПМЦ 10881391 . ПМИД 37879361 .
- ^ Клесман, Элисон (18 апреля 2019 г.). «Новое слияние нейтронных звезд заснято на рентгеновскую камеру» . Астрономия . Проверено 18 апреля 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б Перкинс, Хайль М.Л.; Эллис, Джон; Филдс, Брайан Д.; Хартманн, Дитер Х.; Лю, Чжэнхай; Маклафлин, Гейл К.; Сурман, Ребекка; Ван, Силу (1 февраля 2024 г.). «Могла ли Килонова убить: оценка угрозы» . Астрофизический журнал . 961 (2): 170. arXiv : 2310.11627 . Бибкод : 2024ApJ...961..170P . дои : 10.3847/1538-4357/ad12b7 . ISSN 0004-637X .
Мы обнаружили, что космические лучи... потенциально смертоносны до ~10 пк, что аналогично типичному значению 8-20 пк для [сверхновых с коллапсом ядра]... Редкость [слияний двойных нейтронных звезд] в сочетании с небольшой Диапазон летальности означает, что... среднее время повторения летальных слияний [на Земле] намного превышает возраст Вселенной.
- ^ Мелотт, Адриан Л.; Томас, Брайан С. (май 2011 г.). «Астрофизическое ионизирующее излучение и Земля: краткий обзор и перепись периодических интенсивных источников» . Астробиология . 11 (4): 343–361. arXiv : 1102.2830 . Бибкод : 2011AsBio..11..343M . дои : 10.1089/ast.2010.0603 . ISSN 1531-1074 . ПМИД 21545268 .
- ^ Ван 王夕露), Силу; Сотрудничество N3AS; Васш, Николь; FIRE Сотрудничество; Спроус, Тревор; Мампауэр, Мэтью; Фогт, Рамона; Рандруп, Йорген; Сурман, Ребекка (1 ноября 2020 г.). «МэВ-гамма-лучи в результате деления: отличительный признак образования актинидов при слиянии нейтронных звезд» . Письма астрофизического журнала . 903 (1): Л3. arXiv : 2008.03335 . Бибкод : 2020ApJ...903L...3W . дои : 10.3847/2041-8213/abbe18 . ISSN 2041-8205 .
{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Кисака, Шота; Иока, Кунихито; Касияма, Кадзуми; Накамура, Такаши (1 ноября 2018 г.). «Рассеянные короткие гамма-всплески как электромагнитные аналоги гравитационных волн и последствия GW170817 и GRB 170817A» . Астрофизический журнал . 867 (1): 39. arXiv : 1711.00243 . Бибкод : 2018ApJ...867...39K . дои : 10.3847/1538-4357/aae30a . ISSN 0004-637X .
- ^ Махатини, С.; Мули, КП; Брайтман, М.; Хотокезака, К.; Наяна, Эй Джей; Интема, ХТ; Доби, Д.; Ленц, Э.; Перли, Д.А.; Фремлинг, К.; Молдон, Дж.; Лаццати, Д.; Каплан, Д.Л.; Баласубраманян А.; Браун, Исландия (1 декабря 2021 г.). «Панхроматическое послесвечение GW170817: полный однородный набор данных, моделирование, сравнение с предыдущими результатами и последствия» . Астрофизический журнал . 922 (2): 154. arXiv : 2006.02382 . Бибкод : 2021ApJ...922..154M . дои : 10.3847/1538-4357/ac1ffc . ISSN 0004-637X .
- ^ Дар, Арнон; Лаор, Ари; Шавив, Нир Дж. (29 июня 1998 г.). «Вымирание жизни из-за струй космических лучей» . Письма о физических отзывах . 80 (26): 5813–5816. arXiv : astro-ph/9705008 . Бибкод : 1998PhRvL..80.5813D . дои : 10.1103/PhysRevLett.80.5813 . ISSN 0031-9007 .
- ^ Джакетт, Дэвид А. (ноябрь 2009 г.). «17-летние колебания в когортах смертности от рака на трех континентах – синхронность с модуляциями космических лучей на поколение раньше» . Международный журнал биометеорологии . 53 (6): 487–499. Бибкод : 2009IJBm...53..487J . дои : 10.1007/s00484-009-0237-0 . ISSN 0020-7128 . ПМИД 19506913 .
Внешние ссылки [ править ]
- Похожие видео (по состоянию на октябрь 2017 г.) [update]):