Hur astronomer öppnade rymdfabriker för att producera guld och kärnbränsle
Vad är gravitationsvågor?
Som vi redan skrev är gravitationsvågor krusningar av rymdtid som inträffar när två superdensiga kroppar börjar accelerera bredvid varandra. Föreställ dig en sträckt duk, på vilken en stålkula kastas - den kommer att trycka på duken något. Om vi lägger en andra boll bredvid, kommer den också att trycka på duken. Men om vi snabbt börjar flytta bollarna i en spiral, närmare varandra, kommer de "pressade" platserna att överlappa varandra och tyget går i vågor. Något liknande händer i rymden.
Vågorna försvagas kraftigt med avståndet från källan. Av detta följer att de i allmänhet är mycket svåra att upptäcka. Den ömsesidiga accelerationen av två supermassiva kroppar sker först innan de slås samman. Och svarta hål smälter sällan. Neutronstjärnor - en annan kandidat för sammanslagningar och förvärv - kan göra det oftare, men de är dussintals gånger lättare. Det är, det är möjligt att”se” en sådan händelse endast på mycket mindre avstånd än för svarta hål.
Alla runt omkring pratar om gravitationsvågor och sammanslagning av neutronstjärnor
Neutronstjärnor - rymdfabriker av guld och uran
Kampanjvideo:
Dessutom är observation av sammanslagningar av sådana stjärnor extremt viktigt. Astrofysiker har länge beräknat att utan en sådan process, bilden av det omgivande universum "inte lägger till". Ta vår planet eller vårt solsystem - vi har relativt stora mängder guld, platina, iridium och uran. Detta är bra för juvelerare och kärnkraftsforskare, men motsäger helt alla beräkningar av hur sådana tunga element bör bildas. Stjärnor som solen "producerar" nästan inget som är tyngre än kol - deras massa är för liten, trycket i mitten är också relativt lågt och sammansmältningen av kärnorna i sådana atomer i mitten av vår stjärna går inte.
Det finns också supernovaer. Det är massiva stjärnor som exploderar i slutet av sitt liv. Men de borde inte ge för många tunga element. För att få mycket uran eller guld är det nödvändigt att fler fria neutroner "flyger" in i kärnan i en lättare atom - och mycket snabbt, för annars kommer kärnan att ruttna innan den ackumulerar det nödvändiga antalet neutroner som det kan existera under lång tid. Och processen att rekrytera neutroner i supernovaexplosioner (s-process), som lyckan skulle ha det, är för långsam.
Därför föreslogs en hypotes för de så kallade r-processerna, eller en snabb insamling av neutroner med atomkärnor. Problemet är att det behöver en hel del fria neutroner runt atomerna. Den bästa kandidaten för detta är en neutronstjärna. Dess diameter är vanligtvis mindre än längden på en genomsnittlig rysk stad, men massan är större än solens. Därför finns det en monsteraktig täthet av materia, och gravitationsfältet är 200 miljarder gånger starkare än jordens och sju miljarder gånger starkare än på solens yta.
Svarta hål smälter sällan samman
Från en sådan tyngdkraft "plattar" varandra, och en del av neutronerna "flyger ut" från dem. Om två neutronstjärnor kolliderar, kommer atomkärnor att börja aktivt blandas med neutroner vid enormt tryck och temperatur. Och det är exakt vad som behövs för bildandet av guld, platina, uran och annat cesium. Det tros att det är så ungefär hälften av alla element tyngre än järn som omger oss uppstod. Ja, ja, vigselringen på fingret bär ämnet från sammanslagningen av ett par neutronstjärnor!
Gravitationsvågor som en gunner. Teleskop som en guldgrävare
Det var en stor hypotes, men den hade en nackdel - neutronstjärnor är mycket "mörka". När du är 200 miljarder mer kraftfull än jordens, har fotoner svårt att lämna ytan. De är praktiskt taget utrotade, deras strålning i det synliga området är inte särskilt stark. Neutronstjärnor är svåra att se under hundratals ljusår. Och sammanslagningar händer inte så ofta, och de flesta är ganska långt borta. Innan de första gravitationsvågorna registrerades året innan, var det mycket svårt att hitta spår av en sådan händelse.
Den 17 augusti 2017 registrerade astronomer fluktuationer i rymdtid som varade i 100 sekunder. De misstänkte omedelbart att det hände när två neutronstjärnor närmade sig och slogs samman. För första gången finns det en möjlighet att bevisa gamla hypoteser!
Men gravitationella vågor är inte alla. Ja, GW170817-vågen inspelad av den amerikanska LIGO-detektorn (byggd, förresten, enligt det schema som föreslogs i Sovjetunionen på 1950-talet) visade att denna tidskroppar med 1,1-1,6 solmassor slogs samman. Vilket är för litet för svarta hål. Men å andra sidan är detta exakt det massområde som neutronstjärnor kan ha. Men hur kan man förstå om guld, uran och andra element med oklart ursprung bildades där?
För detta användes teleskop och spektrometrar av mer än 70 observatorier runt om i världen. De såg både gammastrålning från förfall av tunga radioaktiva element och spektrala spår av cesium, tellur, platina, guld och andra element. Ännu viktigare var att de såg en kilonova-blixt. Detta är namnet på ett utbrott i "tusen nya" stjärnor, som samtidigt är svagare än en supernova. Fram till nu har de bara sett genom teleskop. Och även om det fanns förslag på att detta är sammanslagningen av två neutronstjärnor, var det omöjligt att verifiera detta före registreringen av gravitationsvågen GW170817.
Mer guld behövs, min herre
Att observera spår av tungmetaller är bra. Men det skulle vara mycket bättre att göra fler av dem, inte att begränsas till den aktuella upptäckten. Det är fantastiskt att nu har mänskligheten LIGO och möjligheten att ytterligare söka efter kilonova med hjälp av gravitationsvågor.
Poängen är att tills vi förstår frekvensen för sådana sammanslagningar kommer det att vara oklart hur mycket av de tunga elementen som har sitt ursprung i neutronstjärnor. Dessutom är sammanslagningen en farlig händelse. När ett hyperdensigt objekt med en diameter på Perm faller på ett annat åtföljs bildningen av tunga element av en kraftfull gammablits. Astronomer har länge tagit upp frågan att en sådan händelse med sin gammastrålning kan sterilisera jorden. Åtminstone om det händer mycket nära och vår planet är "i fokus" för utbrottet. Vissa forskare tror att detta redan har hänt, varför det har skett massutrotning på planeten. För att förstå hur allvarligt hotet är, och om det är nödvändigt att bekämpa det, skulle det vara en bra idé att först ta reda på hur ofta sådana mordiska "guldfabriker" bryter ut.
ALEXANDER BEREZIN
