Čím se liší supernova od kilonovy a co má společného s kamenem mudrců?

Nedávno se v astronomii objevil nový pojem - kilonova. Co přesně označuje a co má společného se vznikem zlata? (délka blogu 4 min.)

Kilonova relativně nové jméno pro proces, který nemá ve skutečnosti se supernovou téměř nic společného. Jedná se o úplně jiný jev, který je spíše podobný srážce černých děr.

Teorie, která popisovala dvě blízké a navzájem se obíhající černé díry, je známá už od osmdesátých let. Postupem času se zmenšuje jejich vzdálenost, zatímco vyzařují gravitační vlny. Když se oba objekty dostanou dostatečně blízko, splynou do jednoho celku. Kdysi byly podobné úvahy jen teoretickými hrátkami. Dnes je tomu jinak. Vědci mají k dispozici dostatečně citlivé přístroje. Ty dokáží zachytit i gravitační vlny, vyzařované krátce před srážkou dvou černých děr. Jejich výzkum byl loni oceněn Nobelovou cenou.  

Pokud se na na místě kolidujících černých děr nacházejí neutronové hvězdy, říká se projevům kolize - kilonova. I neutronové hvězdy před vzájemnou kolizí a během ní vysílají gravitační vlny. Stejně jako u černých děr by se tedy měly dát zachytit, předpověděla teorie. Jak může takový proces vypadat, ukazuje následující animace.  

Neutronová dvojčata

Dvojhvězdy nejsou ve vesmíru žádnou vzácností. Několikanásobné hvězdné systémy se zdají být dokonce častější než osamělé hvězdy, jakými je například naše Slunce. Pokud se v takovém dvojném systému nachází dvě velice hmotné hvězdy, mohou se z nich stát supernovy.

Při gigantickém výbuchu supernov existuje samozřejmě nemalá pravděpodobnost, že hvězda své hvězdné dvojče ztratí nebo poškodí natolik, že ke druhému výbuchu a tím vzniku druhé neutronové hvězdy už nedojde. Vědci odhadují, že se “neutronová dvojčata” vytvoří jen asi v jednom procentě případů. Dokonce i tento relativně zřídkavý jev je ovšem v našem vesmírném okolí dostatečně častý na to, abychom ho mohli pozorovat.

První srážku dvou neutronových hvězd zaznamenaly pozemské detektory 14. srpna loňského roku. Obě hvězdy byly vzdálené 130 miliónů světelných roků - byly tedy relativně blízko Země a jejich signál byl proto neobyčejně silný a zřetelný.

Kolize neutronových dvojčat v srpnu loňského roku

14. srpna minulého roku se poprvé v historii podařilo pozorovat tři jevy, doprovázející kolizi dvou neutronových hvězd: gravitační vlny, gama záblesk i následné záření kilonovy.

Poté, co vědci zachytili několik minut trvající chvění časoprostoru (gravitační vlny), byl příslušným satelitem na oběžné dráze zachycen také gama záblesk.

Astronomové rozlišují dva druhy gama signálů: krátké a delší záblesky. Ty, které trvají delší dobu, pocházejí z jiných dějů, mohou za ně například kolapsy velice hmotných hvězd, ze kterých vznikají černé díry. Krátké záblesky (zde 1,7 s) jsou následkem splynutí dvou neutronových hvězd.

Několik hodin poté následoval ještě jeden očekávaný jev. V místě, ze kterého byly vyslány gravitační vlny, v eliptické galaxii NGC 4993, bylo registrováno záření tzv.kilonovy.

Kilonova

Jedná se o poměrně nový název. Původně byl příslušný jev označován různými jmény - například makronova. 

Jako kilonovu označují vědci záření, které vydává okolí dvou kolidujících neutronových hvězd. Při splynutí dvou neutronových hvězd je do něj vyvrženo větší množství hmoty. V ní pak probíhají určité fyzikální procesy, které ji nahřívají. Tato hmota pak vyzařuje několik dní velké množství energie, které zachycujeme na Zemi jako pomalu pohasínající, několik dní trvající signál. Poté, co kilonova přestala zářit ve viditelném pásmu, byla ještě nějakou dobu zřetelně vidět v infračerveném pásmu spektra. Právě její chování při “dohasínání” vědcům naznačilo, jaké jevy (a které chemické prvky) explozi kilonovy doprovázely.

Kámen mudrců

Ukázalo se, že je kilonova pravým kamenem mudrců. Při srážce dvou neutronových hvězd vzniká zlato a jiné vzácné těžké kovy.

Ještě před několika měsíci nebylo jasné, jaké procesy k tomu přispívají. Díky výše zmiňovanému signálu ze 14. srpna loňského roku - dnes můžeme tyto procesy pojmenovat.

Různé skupiny vědců se je právě snaží vyhodnotit, zatímco jiná skupina vylepšuje a ladí samotné měřicí instrumenty.

V roce 2019 skončí odstávka a detektory budou znovu uvedeny do provozu. V té době by mohly mít dvojnásobnou citlivost, mohly by tedy zachytit až desetkrát větší množství signálů.

Můžeme se tedy těšit na to, že se novému a vylepšenému detektoru podaří zachytit srážku neutronových hvězd ne několikrát za rok - ale každý týden.