Οι εξαιρετικά μακριές εκρήξεις αμφισβητούν τις θεωρίες μας για τους κοσμικούς κατακλυσμούς | Περιοδικό Quanta

Στις 11 Δεκεμβρίου 2021, μια δέσμη ακτίνων γάμμα - η πιο ενεργητική μορφή φωτός - χτύπησε στον δορυφόρο Swift της NASA. Μέσα σε 120 δευτερόλεπτα, ο δορυφόρος είχε περιστραφεί προς την έκρηξη και εντόπισε τη λαμπερή χόβολη μιας κοσμικής καταστροφής. Δέκα λεπτά αργότερα, ειδοποιήθηκαν οι αστρονόμοι σε όλο τον κόσμο.

Μεταξύ αυτών ήταν Τζίλιαν Ραστινετζάντ, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Northwestern University. Για τον Rastinejad και τους συνεργάτες της, αυτή η έκρηξη ακτίνων γάμμα έμοιαζε παραδόξως με μια ασυνήθιστη έκρηξη από το 2006. Ο Rastinejad κάλεσε το Παρατηρητήριο Διδύμων στη Χαβάη και στρατολόγησε τους ερευνητές εκεί για να κοιτάξουν βαθιά το κομμάτι του ουρανού από το οποίο προήλθε η έκρηξη. Λίγες μέρες αργότερα, όταν μπήκαν τα σύννεφα, ένας ερευνητής στο Αστεροσκοπείο MMT στην Αριζόνα ανέλαβε, κάνοντας ό,τι μπορούσε για να κρατήσει το τηλεσκόπιο εκπαιδευμένο στο σημείο του φωτός που ξεθωριάζει ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός μακριά.

Δεν ήταν μικρό κατόρθωμα δεδομένου ότι ο καιρός άλλαζε και εκεί, είπε ο Rastinejad. «Μας έβρισκε μια τρύπα στα σύννεφα γύρω στις 4 το πρωί κάθε μέρα».

Όταν η αλυσίδα των παρατηρήσεων είχε ολοκληρωθεί μια εβδομάδα περίπου αργότερα, η Rastinejad και οι συνεργάτες της είχαν μια πολύ καλή ιδέα για το τι είχε εκτοξεύσει αυτές τις ακτίνες γάμμα σε όλο το σύμπαν. Καθώς παρακολουθούσαν, τα επακόλουθα της έκρηξης είχαν γίνει όλο και πιο κόκκινα - ένα αναμφισβήτητο σημάδι ότι στα συντρίμμια, σφυρηλατούνταν βαριά άτομα όπως ο χρυσός και η πλατίνα. Η κύρια πηγή μιας τέτοιας κοσμικής αλχημείας είναι οι συγκρούσεις που περιλαμβάνουν αστέρια νετρονίων, τους αφάνταστα πυκνούς πυρήνες των νεκρών ήλιων.

Το μόνο πρόβλημα ήταν ότι ένα τέτοιο συμπέρασμα φαινόταν αδύνατο. Όταν τα αστέρια νετρονίων συγχωνεύονται, υποπτεύονται οι αστροφυσικοί, όλα τελειώνουν σε κλάσματα δευτερολέπτου. Αλλά ο Σουίφτ είχε καταγράψει έναν βομβαρδισμό με ακτίνες γάμμα που διήρκησε σχετικά ατελείωτα 51 δευτερόλεπτα - συνήθως η υπογραφή ενός πολύ διαφορετικού τύπου κοσμικού δράματος.

Από τότε, οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει περισσότερα γεγονότα όπως αυτό. Η πιο πρόσφατη συνέβη τον Μάρτιο, όταν η δεύτερη φωτεινότερη έκρηξη ακτίνων γάμμα που εντοπίστηκε ποτέ διήρκεσε 35 δευτερόλεπτα. Και πάλι, οι αστρονόμοι παρατήρησαν τις κατακόκκινες συνέπειες μιας σύγκρουσης αστεριών νετρονίων. Επίσης στρατολόγησαν το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb να μελετήσει την παράξενη έκρηξη και εντόπισε σημάδια από το βαρύ στοιχείο τελλούριο στη σκόνη που καθιζάνει.

Μαζί, η σειρά των παρατηρήσεων φέρνει ένα νέο μυστήριο σε μια περιοχή της αστρονομίας που οι περισσότεροι ερευνητές είχαν θεωρήσει διευθετημένη: Τι προκαλεί αυτά τα υποτιθέμενα γρήγορα, βίαια γεγονότα να εκτοξεύουν τις ακτίνες γάμμα για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα; Είναι ένας γρίφος που θα πρέπει να λύσουν οι αστροφυσικοί αν θέλουν να επιτύχουν τον πιο φιλόδοξο στόχο της κατανόησης της προέλευσης όλων των διαφορετικών στοιχείων στο σύμπαν, πολλά από τα οποία γεννιούνται από αυτά τα βίαια ξεσπάσματα.

«Είμαι πολύ ενθουσιασμένος που το είδα αυτό», είπε Ντάνιελ Κασέν, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ που ειδικεύεται στις κοσμικές εκρήξεις. "Έχει δημιουργήσει ένα πραγματικό παζλ."

Ψυχρός πόλεμος, λαμπρές εκρήξεις

Σήμερα, το Swift πιάνει μια έκρηξη ακτίνων γάμμα κάθε λίγες μέρες. Αλλά οι εκρήξεις ήταν άγνωστες μέχρι την κορύφωση του Ψυχρού Πολέμου, όταν εμφανίστηκαν από το πουθενά. Στη δεκαετία του 1960, η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ εκτόξευσε τους δορυφόρους Vela για να βεβαιωθεί ότι η Σοβιετική Ένωση τηρούσε την απαγόρευση δοκιμών πυρηνικών όπλων. Εάν οι Σοβιετικοί πυροδότησαν μια πυρηνική βόμβα στο διάστημα, η προκύπτουσα λάμψη ακτίνων γάμμα - ενεργητικά κύματα φωτός τόσο μικρά όσο ο πυρήνας ενός ατόμου - θα ήταν αδύνατο να κρυφτεί.

Οι δορυφόροι δεν εντόπισαν καμία σοβιετική παραβίαση. Αλλά μεταξύ 1969 και 1972, όντως σήκωσαν 16 μυστηριώδεις λάμψεις των ακτίνων γάμμα που οι ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος προσδιόρισαν ότι είναι «κοσμικής προέλευσης».

Τις επόμενες δεκαετίες, η NASA ανέλαβε την έρευνα. Η διαστημική υπηρεσία εκτόξευσε ένα αποκλειστικός δορυφόρος κυνηγιού ριπής το 1991, και τα επόμενα εννέα χρόνια, ανίχνευσε σχεδόν 3,000 εκρήξεις ακτίνων γάμμα. Οι εκδηλώσεις έγιναν σε δύο ποικιλίες: σύντομες και μεγάλες. Οι περισσότερες σύντομες εκρήξεις διήρκεσαν λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο, ενώ πολλές μεγάλες εκρήξεις συνεχίστηκαν για ένα λεπτό ή περισσότερο (η διαχωριστική γραμμή μεταξύ των δύο γεύσεων είναι περίπου δύο δευτερόλεπτα).

Ό,τι και αν προκαλούσε αυτές τις εκρήξεις φαινόταν καταστροφικό. σε λιγότερο από τη μισή διάρκεια ενός ποπ τραγουδιού, εξέπεμπαν περίπου τόση ενέργεια όση παράγει ο ήλιος μας για δισεκατομμύρια χρόνια. Τι θα μπορούσε να φλέγεται τόσο έντονα; Οι αστροφυσικοί αρχικά δεν ήταν βέβαιοι, αλλά οι τεράστιες ενέργειες που εμπλέκονταν έδειχναν κατακλυσμούς στο τέλος του κόσμου. Και οι δύο διάρκειες υποδήλωναν δύο τύπους καταστροφών, μια πιο γρήγορη που διαρκεί περίπου ένα δευτερόλεπτο και μια (κάπως) πιο αργή που εκτυλίσσεται σε ένα λεπτό.

Οι αστρονόμοι βρήκαν πρώτα την προέλευση των πιο αργών εκρήξεων. Στα τέλη της δεκαετίας του 1990, όταν οι ερευνητές έγιναν καλύτεροι στο να εντοπίζουν με ακρίβεια την κατεύθυνση από την οποία προήλθε η έκρηξη, άρχισαν να πιάνουν υστερόλαμπες που υπαινίσσονταν κοσμικές εκρήξεις. Στη συνέχεια, το 2003, αστρονόμοι που παρακολουθούσαν μια κοντινή λάμψη είδαν το λαμπρά πυροτεχνήματα μιας σουπερνόβα λίγες μέρες μετά από μια μακρά έκρηξη ακτίνων γάμμα: Η έκρηξη σηματοδότησε το πρώτο στάδιο του θανάτου ενός γιγάντιου αστέρα.

Η κατανόηση του ταχύτερου κατακλυσμού θα χρειαζόταν άλλη μια δεκαετία και πιο αιχμηρά εργαλεία. Το πρωτοποριακό όργανο αποδείχθηκε ότι ήταν ο δορυφόρος Swift της NASA. Το Swift κυκλοφόρησε το 2004 και διέθετε μια πλάκα μολύβδου με σχέδια μήκους ενός μέτρου που μπορούσε να παγιδεύσει τις ακτίνες γάμμα από μια μεγάλη περιοχή του ουρανού. Το σημαντικότερο είναι ότι διέθετε επίσης τη μοναδική ικανότητα να περιστρέφει γρήγορα ένα ζεύγος ενσωματωμένων τηλεσκοπίων προς την κατεύθυνση οποιωνδήποτε αστρονομικών εκρήξεων. (Σύμφωνα με την παράδοση μεταξύ των επιστημόνων της Swift, αυτή η τεχνολογία point-and-shoot αναπτύχθηκε εν μέρει για ένα άλλο αμυντικό έργο του Ψυχρού Πολέμου: την Πρωτοβουλία Στρατηγικής Άμυνας του Ronald Reagan - ανεπίσημα γνωστή ως "Star Wars" - η οποία είχε στόχο να καταρρίψει πυρηνικούς πυραύλους κατά τη διάρκεια της πτήσης. )

Με το Swift, οι αστρονόμοι μπορούσαν τώρα να δουν μια έκρηξη μέσα σε δύο λεπτά — αρκετά γρήγορα για να πιάσουν για πρώτη φορά τις υστεροφημίες σύντομων εκρήξεων ακτίνων γάμμα. Ενώ παρακολουθούσαν την αρχική λάμψη να εξασθενεί, οι αστρονόμοι είδαν επίσης σημάδια μιας έκρηξης που ακολούθησε, μια έκρηξη που έγινε πιο κόκκινη με την πάροδο του χρόνου. Οι αστροφυσικοί υπολόγισαν σύντομα ότι αυτή η ερυθρότητα ήταν αναμενόμενη μετά από μια συγχώνευση που περιελάμβανε ένα αστέρι νετρονίων (που θα μπορούσε να είναι μια συντριβή μεταξύ δύο αστέρων νετρονίων ή μεταξύ ενός αστέρα νετρονίων και μιας μαύρης τρύπας). Μια τέτοια σύγκρουση θα έδιωχνε συντρίμμια που εμπόδιζαν μικρότερα, πιο μπλε μήκη κύματος φωτός. Η αντιστοίχιση αυτών των εκρήξεων, που ονομάστηκαν kilonovas, με τις σύντομες λάμψεις ακτίνων γάμμα που προηγήθηκαν, παρείχαν ισχυρές περιστασιακές ενδείξεις ότι οι συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων ήταν η σύντομη καταστροφή.

Άμεσες αποδείξεις ήρθε στις 17 Αυγούστου 2017. Δύο κοντινά αστέρια νετρονίων συγκρούστηκαν και ταρακούνησαν τον ιστό του χωροχρόνου, παράγοντας βαρυτικά κύματα που το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων Συμβολόμετρου Λέιζερ (LIGO) μπορούσε να ανιχνεύσει. Διαβάζοντας τις πληροφορίες που κωδικοποιούνται σε αυτούς τους κυματισμούς, οι επιστήμονες αργότερα θα υπολόγιζαν τις μάζες των αντικειμένων που συγκρούονται και θα μάθαιναν ότι ήταν αστέρια νετρονίων. Αμέσως μετά την άφιξη των βαρυτικών κυμάτων, το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi ανέλαβε μια έκρηξη ακτίνων γάμμα μήκους δύο δευτερολέπτων. Και τις επόμενες μέρες, οι αστρονόμοι είδαν το αποκαλυπτικό κοκκίνισμα μιας κιλόνοβας στο ίδιο σημείο με την έκρηξη των ακτίνων γάμμα. ο τρεις διαδοχικές παρατηρήσεις άφησε λίγα περιθώρια αμφιβολίας: σύντομες εκρήξεις θα μπορούσαν να προέλθουν από συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων.

«Αυτό τα τσιμέντωσε όλα», είπε Μπράιαν Μέτζτζερ, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια και ένας από τους θεωρητικούς που πρώτοι προέβλεψαν πώς θα έμοιαζε το κιλόνοβα μετά από μια συγχώνευση. «[Σκεφτήκαμε] «Εντάξει, αυτή η εικόνα έχει πραγματικά νόημα».

Αυτή η εικόνα τώρα αρχίζει να σπάει.

Μια ανατροπή τρίτης πράξης

Πρώτα ήρθε του Rastinejad Έκρηξη 51 δευτερολέπτων στα τέλη του 2021. Έμοιαζε πολύ με μια μακρά κοντινή έκρηξη από το 2006 που, παραδόξως, φαινόταν ότι δεν είχε σουπερνόβα. Αλλά με σύγχρονα όργανα και μια βαθύτερη κατανόηση του τι να αναζητήσουν, ο Rastinejad και οι συνεργάτες του μπόρεσαν να δουν αυτό που δεν είχαν οι αστρονόμοι το 2006: Η έκρηξη του 2021 ακολουθήθηκε από ένα αμυδρό κόκκινο κιλόνοβα.

Αυτή η παρατήρηση ώθησε Άντριου Λεβάν του πανεπιστημίου Radboud για να επανεξετάσει μια μυστηριώδη έκρηξη 64 δευτερολέπτων που είχε προβληματιστεί από το 2019. Η έκρηξη είχε ξεσπάσει στην καρδιά ενός αρχαίου γαλαξία όπου οι γεννήσεις και οι θάνατοι αστέρων (με τη μορφή σουπερνόβα) είχαν σταματήσει πριν από αιώνες. Τον Ιούνιο, Ο Λεβάν και οι συνεργάτες του μάλωναν ότι η πιο πιθανή εξήγηση για τη μακρά έκρηξή τους ήταν ότι δύο αστρικά πτώματα —τουλάχιστον το ένα από τα οποία ήταν πιθανώς αστέρι νετρονίων— είχαν βρει το ένα το άλλο και συγχωνεύτηκαν.

Και τώρα, το διαστημικό τηλεσκόπιο Τζέιμς Γουέμπ έχει προσφέρει την πιο ξεκάθαρη εικόνα μέχρι τώρα για το τι έρχεται μετά από μια ανώμαλη έκρηξη. Όταν η έκρηξη των 35 δευτερολέπτων έφτασε στη Γη στις 7 Μαρτίου, η μολύβδινη πλάκα ανίχνευσης ακτίνων γάμμα του Swift ήταν στραμμένη προς μια διαφορετική κατεύθυνση. Οι ενεργητικές ακτίνες ανιχνεύθηκαν κυρίως από τον Fermi, ο οποίος την καθόρισε ως τη δεύτερη φωτεινότερη έκρηξη ακτίνων γάμμα όλων των εποχών (ακολουθεί ένα γεγονός που σημείωσε ρεκόρ στο 2022).

Αντί του Swift, οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν έναν διαπλανητικό στόλο διαστημικών σκαφών (συμπεριλαμβανομένων των ανιχνευτών στον Άρη και τον Ερμή) για να εντοπίσουν τη θέση της έκρηξης. Τις μέρες που ακολούθησαν, όταν τα τηλεσκόπια στο έδαφος είδαν ξανά το χαρακτηριστικό κοκκίνισμα μιας κιλόνοβας, ο Levan εκτόξευσε γρήγορα ένα αίτημα έκτακτης ανάγκης για μια σχεδόν σε πραγματικό χρόνο παρατήρηση JWST του γεγονότος. «Ευτυχώς για εμάς, είπαν ναι», είπε ο Λεβάν. «Αυτό μας επέτρεψε να λάβουμε αυτές τις παρατηρήσεις περίπου ένα μήνα μετά την αρχική έκρηξη».

Το JWST συνέλεξε μια μεγάλη ποσότητα δεδομένων από το πεδίο των διογκούμενων συντριμμιών. Τα οπτικά τηλεσκόπια δεν μπορούν να δουν βαθιά μέσα στο παχύ σύννεφο kilonova ακριβώς για τον λόγο που το γεγονός αιχμαλωτίζει τους αστροφυσικούς: Εκτοξεύει γιγάντια άτομα που μπλοκάρουν το φως μέσω μιας απόκρυφης αλυσίδας γεγονότων που είναι γνωστή ως r-επεξεργάζομαι, διαδικασία.

Τα αστέρια συνήθως συντήκουν άτομα υδρογόνου σε ήλιο και στη συνέχεια συντήκουν ελαφρύτερα άτομα σε κάπως βαρύτερα άτομα όπως το οξυγόνο και ο άνθρακας. ο r-Η διαδικασία είναι ένας από τους μόνους τρόπους για να μεταπηδήσετε κατευθείαν στα βαρύτερα φυσικά στοιχεία. Αυτό συμβαίνει επειδή μια σύγκρουση αστέρα νετρονίων δημιουργεί μια πυκνή δίνη νετρονίων. Στο χάος, τα νετρόνια επανειλημμένα σκουλήκια εισχωρούν στους ατομικούς πυρήνες, σχηματίζοντας εξαιρετικά ασταθή και ραδιενεργά άτομα. Καθώς τα νετρόνια σε αυτά τα άτομα διασπώνται, μεταμορφώνονται σε πρωτόνια. Εάν καταλήξετε με 78 πρωτόνια, αυτό είναι ένα άτομο πλατίνας. Αν πάρετε 79 πρωτόνια, αυτό είναι χρυσός.

Τα ογκώδη άτομα που σχηματίζονται από τη σκόνη ενός αστέρα νετρονίων εμποδίζουν το ορατό φως και λάμπουν κυρίως στο υπέρυθρο φως. Γι' αυτό το JWST — ένα υπέρυθρο τηλεσκόπιο — ήταν τόσο κατάλληλο για να κοιτάζει σε ένα σύννεφο kilonova. «Δεν έχουμε παρατηρήσει ποτέ ξανά κιλόνοβα με JWST», είπε ο Metzger. «Είναι το τέλειο όργανο».

Στα συντρίμμια, ο JWST εντόπισε άτομα τελλουρίου (52 πρωτόνια), γεγονός που επιβεβαιώνει ότι οι συγχωνεύσεις αστεριών νετρονίων μπορούν να σφυρηλατήσουν τα μάλλον βαριά στοιχεία προς το τέλος της πέμπτης σειράς του περιοδικού πίνακα. «Είναι πολύ πιο βαρύ στοιχείο από αυτά που έχουμε δει πριν», είπε ο Levan.

Αλλά την ίδια στιγμή, η παρατήρηση του JWST προσθέτει στην αυξανόμενη συνειδητοποίηση ότι, ανεξάρτητα από το πόσο απίθανο φαινόταν κάποτε, οι συγχωνεύσεις που περιλαμβάνουν αστέρια νετρονίων μπορούν να παράγουν μεγάλες εκρήξεις ακτίνων γάμμα. Το ερώτημα τώρα είναι: Πώς;

Πυκνά αντικείμενα, μακριές εκρήξεις

Τα σουπερνόβα εκτοξεύουν μεγάλες εκρήξεις ακτίνων γάμμα επειδή οι αστρικές εκρήξεις είναι σχετικά αργές και ακατάστατες. Ο θάνατος ενός γιγάντιου άστρου ξεκινά με το κέντρο του να καταρρέει σε μια μαύρη τρύπα. Μετά από αυτό, μια σημαντική ποσότητα εξωτερικών αστρικών υλικών —ίσως αθροίζοντας τη μάζα πολλών ήλιων— σπειροειδώς εισέρχεται στη μαύρη τρύπα, εκτοξεύοντας ισχυρούς πίδακες σωματιδίων που εκτοξεύουν ακτίνες γάμμα στο κενό για αρκετά λεπτά.

Οι συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων, αντίθετα, υποτίθεται ότι θα τελειώσουν αστραπιαία. Ένα αστέρι νετρονίων συσκευάζει τη μάζα ενός ήλιου περίπου σε μια ομαλή, μικροσκοπική σφαίρα μόλις λίγα μίλια πλάτος. Όταν δύο από αυτές τις πυκνές σφαίρες συγκρούονται - ή όταν κάποιος χτυπά σε μια μαύρη τρύπα - η ύλη καταρρέει σε μια μαύρη τρύπα. Κατά τη διάρκεια αυτού του τελευταίου σπασμού, πολύ λιγότερη ύλη που έχει απομείνει ρίχνεται στην τροχιά από ό,τι στην περίπτωση της αστρικής κατάρρευσης. Καθώς η μαύρη τρύπα σκουπίζει αυτό το ελαφρύ σνακ, το οποίο μπορεί να ζυγίζει 10 φορές λιγότερο από τον ήλιο, τροφοδοτεί για λίγο πίδακες (και μια έκρηξη ακτίνων γάμμα) που διαρκεί δέκατα του δευτερολέπτου.

Οι νέες παρατηρήσεις από τους Levan, Rastinejad και άλλους συγκρούονται με αυτή τη γρήγορη και καθαρή εικόνα συγχωνεύσεων άστρων νετρονίων. «Δεν έχει νόημα να έχουμε μια έκρηξη 10 δευτερολέπτων από ένα σύστημα που ζει μόνο ένα κλάσμα του δευτερολέπτου», είπε Όρε Γκότλιμπ, ένας υπολογιστικός αστροφυσικός στο Ινστιτούτο Flatiron που δεν ασχολήθηκε με τις παρατηρήσεις.

Μια πιθανότητα είναι ότι κάτι μεγαλύτερο και πιο βρώμικο από τα αστέρια νετρονίων στέλνει αυτές τις διαρκείς εκρήξεις. Συγκεκριμένα, η μεγαλύτερη διάρκειά τους θα ταίριαζε πιο φυσικά με μια συγχώνευση μεταξύ ενός λευκού νάνου - ενός μεγαλύτερου είδους αστρικού πτώματος που αφήνεται πίσω όταν ένα μικρό αστέρι τελειώνει από καύσιμο - και μιας μαύρης τρύπας ή ενός αστέρα νετρονίων. Αυτό το σενάριο οδηγεί σε περισσότερη ύλη που περιβάλλει μια μαύρη τρύπα. Αλλά δεν είναι σαφές εάν οι συγκρούσεις με λευκούς νάνους θα προκαλούσαν τα σωστά είδη εκρήξεων ακτίνων γάμμα, ή ακόμα και κιλονόβα. «Το όλο φαινόμενο έχει μελετηθεί πολύ λιγότερο», είπε ο Kasen από το Berkeley. «Δουλεύουμε πάνω σε αυτό αυτή τη στιγμή».

Μια άλλη επιλογή είναι ότι οι μακριές εκρήξεις ακτίνων γάμμα δεν προέρχονται καθόλου από τις μαύρες τρύπες που παντρεύονται νεογέννητα. Αντίθετα, εάν συνθλίψετε δύο μικροσκοπικά αστέρια νετρονίων και η προκύπτουσα μάζα περιστρέφεται αρκετά γρήγορα, μπορεί να αντισταθεί στην κατάρρευση σε μια μαύρη τρύπα για λίγα λεπτά. Το βραχύβιο αντικείμενο θα ήταν ένα εξαιρετικά μαγνητισμένο αστέρι νετρονίων - ένας "μαγνήτης" - που θα εξέπεμπε μια μεγαλύτερη έκρηξη ακτίνων γάμμα καθώς η περιστροφή του επιβραδύνθηκε. Ο Metzger βοήθησε να διαμορφωθεί αυτό το σενάριο, αλλά ακόμη και ο ίδιος το θεωρεί μια ριζοσπαστική ιδέα. «Εξακολουθώ να είμαι δικαίως δύσπιστος για αυτό», είπε.

Η πιο συντηρητική πιθανότητα, είπε ο Metzger, είναι ότι οι συγχωνεύσεις που περιλαμβάνουν αστέρια νετρονίων είναι απλώς πιο βρώμικες από ό,τι νόμιζαν οι αστροφυσικοί. Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, λεπτομερείς προσομοιώσεις από μια συνεργασία με επικεφαλής τον Gottlieb πρότεινε ότι αυτό μπορεί να συμβαίνει συχνά. Συγκεκριμένα, όταν ένα ελαφρύ αστέρι νετρονίων συναντά μια αρκετά βαριά περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα, το αστέρι νετρονίων σπειρώνεται και η μαύρη τρύπα το τεμαχίζει σε εκατοντάδες τροχιές, αφήνοντας έναν βαρύτερο δίσκο υλικού που η μαύρη τρύπα χρειάζεται δεκάδες δευτερόλεπτα για να καταναλώσει . Κατά την προσομοίωση συγκρούσεων μεταξύ αστέρια νετρονίων και μαύρες τρύπεςΟ Gottlieb, ο Metzger και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι οι βαρύτεροι δίσκοι που οδηγούσαν σε μεγαλύτερες εκρήξεις ακτίνων γάμμα ήταν αρκετά συνηθισμένοι.

Στην πραγματικότητα, σε μια ειρωνική ανατροπή, οι προσομοιώσεις τους δεν παρήγαγαν τις συχνά παρατηρούμενες σύντομες εκρήξεις τόσο εύκολα όσο έκαναν μεγάλες εκρήξεις, εγείροντας ερωτήματα σχετικά με το τι ακριβώς τροφοδοτεί τις σύντομες εκρήξεις.

«Δεν καταλαβαίνουμε [πλήρη] αυτά τα πράγματα», είπε ο Γκότλιμπ. «Νομίζω ότι αυτό είναι ίσως το μεγαλύτερο πρόβλημα τώρα».

Συμπλήρωση των κενών

Για να καταλάβουν τι πραγματικά πέφτει όταν συγκρούονται νεκρά αστέρια, οι αστρονόμοι θα πρέπει να διπλασιάσουν τις προσπάθειές τους για να δημιουργήσουν έναν λεπτομερή κατάλογο εκρήξεων ακτίνων γάμμα, καθώς αυτό που υπέθεσαν ότι ήταν μια παρτίδα εκρήξεων που βασίζονται σε σουπερνόβα φαίνεται τώρα να είναι μπερδεμένο με κάποιο άγνωστο αριθμό συγχωνεύσεων άστρων νετρονίων. Αυτό θα απαιτήσει το κυνήγι των kilonovas - η υπογραφή των συγκρούσεων - τόσο μετά από μεγάλες όσο και σύντομες εκρήξεις. Εάν η διάκριση μεταξύ μακριού και κοντού επιμένει, θα μπορούσε να είναι σημάδι ότι υπάρχουν περισσότεροι από ένας τρόποι για να μαγειρέψετε μια κιλόνοβα.

«Μαθαίνουμε ότι όποτε υπάρχει ένα γεγονός που είναι σχετικά κοντά, πρέπει να το κάνουμε», είπε ο Rastinejad.

Το LIGO θα παίξει επίσης κρίσιμο ρόλο. Το παρατηρητήριο ήταν εκτός σύνδεσης για αναβαθμίσεις κατά τη διάρκεια αυτών των πρόσφατων ριπών μονόσφαιρων, αλλά αυτή τη στιγμή βρίσκεται στη μέση της τέταρτης διαδρομής του και ακούει για τις μακρινές συγκρούσεις. Εάν το LIGO μπορεί να συλλάβει βαρυτικά κύματα που προέρχονται από μια μεγάλη έκρηξη ακτίνων γάμμα, οι επιστήμονες θα γνωρίζουν εάν εμπλέκονται αστέρια νετρονίων ή μαύρες τρύπες. Αυτό θα τους επιτρέψει επίσης να αποκλείσουν τους λευκούς νάνους, οι οποίοι δεν καθιστούν τα βαρυτικά κύματα ανιχνεύσιμα από το LIGO. Λεπτομερείς κινήσεις σε κύματα σε μελλοντικά παρατηρητήρια θα μπορούσαν να προσφέρουν ακόμη και υποδείξεις για το εάν το άμεσο προϊόν ήταν μαγνήτης ή μαύρη τρύπα.

«[Τα βαρυτικά κύματα] θα είναι πραγματικά ο μόνος οριστικός τρόπος για να προχωρήσουμε σε αυτό το ζήτημα», είπε ο Metzger.

Ανιχνεύοντας τα βαρυτικά βουητά των συγχωνεύσεων άστρων νετρονίων και παρατηρώντας εκρήξεις ακτίνων γάμμα και κιλονόβα, οι αστροφυσικοί θα μπορούσαν τελικά να επιτύχουν τον μακροπρόθεσμο στόχο τους να λογοδοτήσουν πλήρως την προέλευση κάθε ουσίας στο σύμπαν - από το υδρογόνο μέχρι την πλατίνα έως το πλουτώνιο. Για να γίνει αυτό, πρέπει να γνωρίζουν τι είδους συγχωνεύσεις συμβαίνουν, πόσο συχνός είναι κάθε τύπος, ποια στοιχεία παράγει κάθε τύπος και σε ποιες ποσότητες και τι ρόλο παίζουν άλλα γεγονότα όπως οι σουπερνόβα. Είναι ένα τρομακτικό εγχείρημα που μόλις αρχίζει.

«Υπάρχει ακόμα ένας βασικός στόχος να εξεταστούν οι αστροφυσικές τοποθεσίες όπου σχηματίζεται κάθε στοιχείο στον περιοδικό πίνακα», είπε ο Levan. «Υπάρχουν ακόμη κενά και έτσι πιστεύουμε ότι αυτό αρχίζει να συμπληρώνει αρκετά από αυτά τα σημαντικά κενά».

Σημείωση του συντάκτη: Το Ινστιτούτο Flatiron χρηματοδοτείται από το Ίδρυμα Simons, το οποίο χρηματοδοτεί επίσης αυτό το εκδοτικά ανεξάρτητο περιοδικό. Ούτε το Flatiron Institute ούτε το Simons Foundation έχουν καμία επιρροή στην κάλυψή μας. Περισσότερες πληροφορίες διαθέσιμες εδώ.