Научные исследователи разработали трёхмерную компьютерную модель для симуляции света, который испускается в результате слияния двух нейтронных звёзд. Эта модель была использована для воссоздания спектральных особенностей килоновы AT2017gfo, которые были наблюдаемы и в реальности.

«Согласованность нашей модели с наблюдениями килоновы AT2017gfo указывает на наше общее понимание того, что происходит во время вспышки и последующих событий», — говорит Люк Шинглз, ведущий автор публикации.

Недавние исследования, объединяющие данные о гравитационных волнах и видимый свет, подтверждают, что слияние нейтронных звёзд является основным источником тяжёлых элементов.

Источник: The Astrophysical Journal Letters (2023)

Взаимодействие между электронами, ионами и фотонами в материи, выброшенной при слиянии нейтронных звёзд, определяет спектр, который мы наблюдаем через телескопы. Эти процессы и испускаемый свет могут быть смоделированы с помощью компьютерных симуляций. Трёхмерная модель, созданная учёными, представляет собой процесс слияния нейтронных звёзд, результат синтеза энергии, выделяемой при радиоактивном распаде, и радиационный перенос с синтезом тяжёлых элементов.

Поскольку модель является трехмёрной, она может предсказывать наблюдаемый спектр в любом направлении обзора. При рассмотрении модели практически перпендикулярно плоскости орбиты двух нейтронных звёзд (как указывают наблюдения для килоновы AT2017gfo), модель предсказывает последовательность спектральных распределений, которые очень похожи на то, что наблюдали учёные в реальности.

«Исследования в этой области помогут нам лучше понять происхождение элементов, тяжелее железа, таких как платина и золото, которые в основном образуются при слиянии нейтронных звёзд», — говорит Шинглз.

Почти половина тяжёлых элементов образуется при слиянии двух нейтронных звёзд в условиях экстремальных температур и плотностей. Во время такого слияния происходит взрыв и выброс материи, создавая условия для образования нестабильных нейтронно-богатых тяжёлых ядер путем последовательного захвата нейтронов и бета-распада. Такие ядра распадаются, освобождая энергию, которая вызывает яркую вспышку света, известную как «килонова», и затухающую в течение около недели.

Трёхмерная симуляция объединяет несколько областей физики, включая поведение вещества при высоких плотностях, свойства нестабильных тяжёлых ядер и взаимодействия атомов тяжёлых элементов. Однако остаются некоторые вопросы, включая учёт скорости изменения спектральных характеристик и описание выброшенной материи на поздних стадиях.

Дальнейшее развитие в этой области позволит более точно прогнозировать и понимать особенности спектров, углубив понимание условий, в которых образовались тяжёлые элементы.