Premieră în lumea fizicii: Au fost observate undele gravitaţionale cauzate de ciocnirea violentă a două stele neutronice

Ciocnirea a două stele neutronice/ Ilustraţie: Observatorul LIGO, Statele Unite

Astronomia a intrat într-o nouă eră, combinând pentru prima dată observarea undelor gravitaţionale cu lumina. Aceştia au observat o coliziune cataclismică între două stele neutronice într-o galaxie îndepărtată, ce nu doar că a trimis unde în întreg universul, ci a trimis în spaţiu atomi nou-creaţi de aur, platină şi alte metale rare.

„Această descoperire deschide o nouă etapă în fizică şi astronomie. Ne aflăm în momentul în care doar ce am început să detectăm undele gravitaţionale şi acum, cu ajutorul telescoapelor, am reuşit să detectăm lumina de la obiectul ce le-a produs: ciocnirea a două stele neutronice, un fenomen ce a fost prezis (de către fizica teoretică n.red.) dar care nu a fost observat până acum”, a declarat profesorul Stephen Smartt, de la Queen's University din Belfast, unul dintre cercetătorii din echipa ce a făcut această descoperire.

Stelele neutronice reprezintă cea mai densă formă de materie cunoscută, fiind nucleul ce rămâne în urma exploziei unei supernove. Fiecare dintre aceste stele are o masă mai mare decât cea a Soarelui (de peste 50 de ori mai mare) şi un diametru de câţiva kilometri. Altfel spus, o linguriţă de materie dintr-o stea neutronică are cântări un miliard de tone. Nucleul unei astfel de stele este format exclusiv din neutroni, cu o duritate de 10 miliarde de ori mai mare decât a oţelului. 

Atunci când undele gravitaţionale formate în urma coliziunii celor două stele aflate la o distanţă de 130 de milioane de ani lumină au ajuns la planeta noastră, aceste mici distorsiuni în continuumul spaţiu-timp au fost identificate de către detectoarele Ligo din Statele Unite şi Virgo din Italia. Primele patru observaţii anterioare ale undelor gravitaţionale, din anul 2015 încoace, au fost rezultatul ciocnirilor dintre două găuri negre gigant şi nu au produs nicio radiaţie vizibilă.

Această nouă observaţie a undelor gravitaţionale a arătat diferit şi, afirmă astronomii, aceste observaţii sunt conform paradigmelor din fizica teoretică. De această dată, observarea undelor a durat circa 100 de secunde - mult mai mult decât în cele patru detecţii anterioare - fapt ce reflectă o spirală a coliziunii dintre cele două stele neutronice, urmată de o mega-explozie numită kilonova - pe care astronomii nu au mai observat-o niciodată.

Separate iniţial de o distanţă de doar 300 km, cele două stele au orbitat una în jurul alteia de 30 de ori pe secundă, ajungând până la 200 de astfel de rotaţii în momentul în care s-au apropiat tot mai mult una de alta. Două secunde mai târziu telescopul Fermi al NASA a detectat o explozie intensă de raze gamma.

Echipele de la cele două centre de observare au alertat astronomii din întreaga lume şi peste 70 de observatoare, aflate atât pe Terra cât şi în spaţiu, au detectat lumina - radiaţii electromagnetice la diferite lungimi de undă - ce a provenit din această coliziune, localizată în până acum obscura galaxie NGC 4993 în constelaţia Hydra. 

Toate observaţiile astronomice erau dependente în întregime de radiaţii electromagnetice. Undele gravitaţionale, a căror importanţă a fost recunoscută prin decernarea premiului Nobel pentru fizică din acest an, oferă un alt mod pentru observarea unora dintre cele mai violente evenimente din univers, posibil chiar şi reverberaţiile Bing Bang-ului, momentul de început al întregului univers.

Observarea coliziunii o două stele neutronice şi a unei explozii de tip kilonova poate oferi răspunsul unei importante întrebări din astrofizică: de unde provin elementele chimice grele din universul nostru?

Acestea nu provin ca urmare a Bing bang-ului şi procesele nucleare din stelele obişnuite nu au destulă energie pentru a produce elemente mai grele decât fierul.

Astronomii au presupus că aceste elemente îşi au originea în exploziile stelare masive cunoscute ca supernova - dar aceste kilonovae sunt acum o nouă sursă probabilă.

„Am descoperit că această uniune dintre cele două stele neutronice a împrăştiat elemente chimice grele precum aur şi platină în spaţiu la viteze foarte mari”, a afirmat Kate Maguire, fiziciană în echipa internaţională ce a analizat aceste noi informaţii.

„Acum ştim că ciocnirea violentă a două stele neutronice este o fabrică de aur”, a concluzionat elegant Sheila Rowan, profesor la Universitatea Glasgow.

„Stelele neutronice sunt ceea ce există între o stea şi o gaură neagră. Atunci când două dintre ele se ciocnesc, ne aşteptăm să se „prăbuşească” imediat într-o gaură neagră, lăsând în urmă doar praf şi alte lucruri”, a afirmat profesorul Andreas Freise, cercetător în cadrul proiectului Ligo.

David Shoemaker, purtătorul de cuvânt al Colaborării Ştiinţifice Ligo a declarat la rândul său: „Este probabil prima dată când a fost observată formarea unei găuri negre, ceea ce este un lucru foarte tare”.