Kolizija neutronskih zvijezda & gravitacioni talasi

Kao što sam već pisala, posljednja LIGO/VIRGO detekcija gravitacionih talasa bila je po nečemu drugačija od prethodne tri: osim što je u detekciju uključen i evropski uređaj, ovdje se radilo o gravitacionim talasima proizvedenim u koliziji dvije neutronske zvijezde. Dvije sekunde nakon detekcije gravitacionih talasa, NASA-in detektor gama zraka je zabilježio eksploziju u kojoj je oslobođeno zračenje. U posmatranje pojave su uključeni i svemirski teleskopi Hubble i Spitzer te Verry Large Array u Novom Meksiku. Jedan od radova koji iznosi podatke koje smo "uhvatili" ima čak oko 4000 autora, što je fascinatno i treba nam dočarati koliko truda treba za jedno ovako istraživanje te koliko se toga može uraditi ako smo ujedinjeni. 

Šta su to neutronske zvijezde?

Kada zvijezde iscrpe svoje gorivo, one umiru. Naravno, zvijezde umiru sa stilom: u eksplozijama zvanim super nove.  Da budemo precizniji: samo zvijezde velikih masa, mnogo većih od mase našeg Sunca završavaju u eksplozijama super novih. Manje zvijezde postaju crveni divovi, zatim nebule da bi naposlijetku postale bijeli patuljici. Međutim, veće zvijezde, one čija masa iznosi 1.5 do 3 masa našeg Sunca završavaju u eksplozijama super novih iz kojih se naposlijetku formiraju neutronske zvijezde. Od još većih i masivnijih zvijezda nastaju crne rupe.

Nakon eksplozije super nove dolazi do gravitacionog kolapsa zvijezde i ona se sažima, stisne u neutronsku zvijezdu. Neutronske zvijezde su najgušći poznati objekti u svemiru, a imaju prečnik od svega 10-tak - 20 kilometara.  Naučnici kažu da supena kašika tvari koja čini neutronsku zvijezdu može imati masu od nekoliko milijardi tona. Zašto se zovu neutronske? U kolapsu zvijezde nastaju neutroni, formirajući neutronski gas. Ovi neutroni nastaju zbog toga što se većina elektrona i protona materijala zvijezde stopi u neutrone. Međutim, da nije postojanja fenomena kojeg mi zovemo Paulijev princip isključenja, gravitacioni kolaps zvijezde bi išao do njenog konačnog nestanka. Međutim, zbog postojanja Paulijevog principa isključenja, postoje neutronske zvijezde. 

Zapravo, kada govorimo o Paulijevom principu, tu se radi o jednom od osnovnih pravila kvantne fizike fermiona: dva identična fermiona ne mogu nastanjivati isto kvantno stanje simultano. To je isto ono pravilo koje objašnjava fenomen da se elektroni moraju oko nukleusa raspoređivati u orbitama i da dva elektrona sa istim spinom ne mogu biti u istoj orbitali. Kako su neutroni, premda kompozitne čestice, ipak fermioni, i na njih se odnosi ovo pravilo. Dakle, odbijanje u degenerisanom gasu neutrona je jedina tanka linija koja čuva ove objekte od urušavanja.

Ono što je nama posebno interesantno u cijeloj priči o koliziji neutronskih zvijezda, jeste to da je konačno potvrđeno ono što su naučnici toliko dugo predviđali: u ovakvim sudarima nastaju teži elementi Periodnog sistema, neki od nama veoma dragih elemenata kao što su zlato, platina i uranij. Naime, fuzijom nastaju tek elementi lakših profila: vodik i helij. U nekim drugim procesima nukleosinteze nastaje niz nešto težih elemenata, ali da nije neutronskih zvijeda, Periodni sistem bi bio mnogo siromašniji. Astronomi su objavili da je u ovom događaju nastalo zlata negdje u količini između 10 i 100 masa Zemlje! 

Fizičare sada čeka mnogo posla obrade podataka dobivenih posmatranjem ove pojave, pojave koja se u svemiru dogodila još dok su dinosauri hodali ovom planetom - prije oko 130 miliona godina, ali su gravitacioni talasi koji su bili posljedica ove kolizije došli do nas tek sredinom avgusta 2017.