При столкновениях звезд температуры достигают 800 миллиардов градусов Цельсия

Используя эксперимент с тяжелыми ионами, исследователи смогли рассчитать температуру, при которой происходит слияние нейтронных звезд.

Изображение двух сливающихся нейтронных звезд. При таких событиях распространяются гравитационные волны, а через несколько секунд происходит и гамма-всплеск. Иллюстрация: NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet

Нейтронные звезды - это последняя стадия жизни очень массивных звезд. Если же два таких объекта сближаются, в процесс активно включается гравитация: они продолжают сближаться друг с другом до тех пор, пока, наконец, не сольются. Такие события невозможно наблюдать непосредственно «в прямом эфире», тем более что они крайне редки. Между тем, астрономам несколько раз удавалось измерить гравитационные волны, которые, наряду с прочим, возникают и в результате таких столкновений.

И вот теперь международной группе исследователей удалось в лабораторных условиях измерить тепловое излучение, возникающее при таком столкновении, и, таким образом, рассчитать температуру, которая преобладает при столкновении звезд. Это стало возможным благодаря долгосрочному эксперименту Hades на ускорителе тяжелых ионов Центра исследований тяжелых ионов имени Гельмгольца (GSI) в Дармштадте. Как сообщили исследователи в журнале Nature Physics, им удалось взглянуть на горячую и плотную зону взаимодействия двух нейтронных звезд.

Миллиарды столкновений тяжелых ионов

Как и при столкновении нейтронных звезд, столкновение двух тяжелых ионов, которые движутся почти со скоростью света, производит электромагнитное излучение. Наряду с прочим, оно состоит из так называемых виртуальных фотонов, которые через короткий момент времени снова распадаются на реальные частицы. Однако в экспериментах с тяжелыми ионами такие виртуальные фотоны встречаются редко. «Нам пришлось записать и проанализировать около трех миллиардов столкновений, чтобы, в конце концов, реконструировать 20 000 измеримых виртуальных фотонов», - говорит Юрген Фризе из Технического университета Мюнхена.

Для обнаружения редких и короткоживущих виртуальных фотонов ученые разработали специальную цифровую камеру, размером полтора квадратных метра. Она фиксирует так называемый эффект Черенкова: определенные виды света, генерируемые продуктами распада виртуальных фотонов. «К сожалению, свет, излучаемый виртуальными фотонами, чрезвычайно слабый. Таким образом, изюминка нашего эксперимента заключалось в поиске матриц такого света», - говорит Фризе.

Эффектное слияние

Невооруженным глазом распознать их было бы невозможно, поэтому исследователи использовали процесс распознавания образцов, который сканирует изображение размером 30 000 пикселей за несколько микросекунд с помощью электронных масок. Фризе говорит: «Следует упомянуть, что мы использовали также нейронные сети и искусственный интеллект».

Реконструкция теплового излучения послужила для исследователей основой для определения температуры образующейся новой системы в результате столкновения звезд. И она оказалась на уровне 800 миллиардов градусов Цельсия. И это показывает, что «исследованные в ходе эксперимента процессы слияния действительно являются космическими кухнями слияния тяжелых ядер», заявили ученые.