Ciocnirea stelelor neutronice creează un Big Bang în miniatură

În august 2017, lumea științifică a fost martora unei minuni astronomice: pentru prima dată, oamenii de știință au observat în detaliu ciocnirea a două stele neutronice, un fenomen extraordinar care a captat atenția cercetătorilor din întreaga lume. Acest eveniment, cunoscut sub numele de kilonova AT2017gfo, a fost urmărit cu ajutorul telescoapelor din diverse colțuri ale lumii, care au fost alertate de perturbările gravitaționale generate în timpul coliziunii celor două obiecte extrem de dense. Aceasta s-a soldat cu formarea unei gauri negre și cu o explozie extraordinară de energie, care a eliberat o cantitate imensă de materie și energie în Univers.

Explozia inițială a kilonovei AT2017gfo a oferit un flux de date științifice ce continuă să fie analizat și astăzi. Cercetătorii au folosit informațiile colectate de la telescoape din Australia, Africa de Sud și de la Telescopul Spațial Hubble pentru a reconstrui cu minuțiozitate evoluția acestui eveniment cataclismic. Aceste observații au permis oamenilor de știință să surprindă cum această explozie se dezvoltă rapid, de la o oră la alta, într-un mod care amintește de procesele care au avut loc în primele momente ale Universului, după Big Bang. La fel ca la începuturile Universului, în urma coliziunii a apărut o „supă fierbinte” de particule care, pe măsură ce s-au răcit, au evoluat în materie mai complexă.

Albert Sneppen, astrofizician la Institutul Niels Bohr din Copenhaga și lider al echipei de cercetători, explică faptul că acest fenomen oferă o oportunitate rară de a înțelege cum evoluează procesele fizice extrem de rapide care au avut loc la începuturile Universului. „Această explozie se dezvoltă atât de rapid, încât niciun telescop nu ar putea surprinde întreaga poveste dintr-o singură observație. Însă, prin combinarea datelor din diverse locuri de pe glob, am reușit să urmărim evoluția sa în detaliu”, spune Sneppen. Rezultatele analizei au arătat că, la scurt timp după coliziune, fenomenul generat de kilonova a continuat să se desfășoare într-un mod complex, creând o serie de elemente grele ce sunt esențiale pentru formarea materiei din Univers.

Unul dintre cele mai fascinante aspecte ale kilonovei AT2017gfo a fost capacitatea acesteia de a crea elemente grele, un proces care este extrem de rar și care are loc doar în cadrul unor evenimente cataclismice deosebit de energice. De obicei, stelele pot fuziona elemente mai ușoare pentru a forma elemente mai grele, dar nu pot depăși fierul, deoarece fuziunea elementelor mai grele decât fierul necesită mai multă energie decât poate produce procesul de fuziune în sine. În schimb, elemente grele ca aurul, platina sau stronțiu pot fi create doar în urma unor evenimente de tipul celor produse de kilonovele. Observând lumina emisă de kilonova AT2017gfo, astronomii au detectat prezența stronțiului și a altor elemente grele, ceea ce a susținut ideea că astfel de evenimente sunt „fabrici” naturale de elemente complexe.

Procesul care a avut loc în interiorul kilonovei este similar cu ceea ce s-a întâmplat în primele momente după Big Bang, când Universul a început să se răcească suficient pentru ca particulele elementare să formeze atomi. În acea perioadă, cunoscută sub numele de Epoca Recombinării, Universul era o masă fierbinte și plasmată, iar particulele nu se legau între ele pentru a forma atomi, ci interacționau între ele în mod liber. La fel, în cazul kilonovei, imediat după coliziunea stelelor neutronice, temperatura a atins miliarde de grade, iar particulele elementare se mișcau liber într-un mediu plasmat, fără a forma încă atomi. Pe măsură ce kilonova s-a răcit și s-a extins, particulele au început să se atragă și să formeze atomi, într-un proces similar cu cel al Epocii Recombinării a Universului tânăr.

Acest fenomen este considerat un laborator natural pentru studierea evoluției timpurii a Universului, oferind cercetătorilor o oportunitate rară de a observa formarea atomilor în timp real. „Acum putem observa momentul în care electronii se unesc cu nucleele atomice, formând primele elemente”, explică Rasmus Damgaard, astrofizician la Institutul Niels Bohr. „Este ca și cum am privi radiațiile cosmice de fond, dar aici putem să vedem totul din exterior, înainte, în timpul și după momentul în care atomii iau naștere.”

Studiile detaliate ale kilonovei AT2017gfo au oferit informații esențiale despre condițiile extreme necesare pentru formarea elementelor grele și au ajutat la înțelegerea mai profundă a proceselor care au modelat Universul în primele sale momente. Aceste cercetări ar putea, de asemenea, să îmbogățească cunoștințele noastre despre istoria Universului și despre mecanismele fundamentale care au condus la apariția materiei și a structurii cosmice.