Как астрономите отвориха космически фабрики за производство на злато и ядрено гориво
Какво представляват гравитационните вълни?
Както вече писахме, гравитационните вълни са вълни от пространство-време, които възникват, когато две свръх плътни тела започнат да се ускоряват едно до друго. Представете си опънато платно, върху което е хвърлена една стоманена топка - тя леко ще натисне платното. Ако сложим втора топка до нея, тя също ще натисне платното. Но ако започнем бързо да преместваме топките по спирала, по-близо една до друга, тогава "притиснатите" места ще започнат да се припокриват помежду си и тъканта ще върви на вълни. Нещо подобно се случва в космоса.
Вълните отслабват рязко с разстояние от източника. От това следва, че като цяло те са много трудни за откриване. Взаимното ускорение на две свръхмасивни тела става само преди сливането. А черните дупки рядко се сливат. Нейтронните звезди - друг кандидат за сливания и придобивания - може да правят това по-често, но те са десетки пъти по-леки. Тоест, такова събитие е възможно да се „види“само на много по-малки разстояния, отколкото при черни дупки.
Всички наоколо говорят за гравитационни вълни и сливане на неутронни звезди
Нейтронни звезди - космически фабрики за злато и уран
Промоционално видео:
Освен това наблюдението на сливания на такива звезди е изключително важно. Астрофизиците отдавна са изчислили, че без такъв процес картината на заобикалящата Вселена „не се добавя“. Вземете нашата планета или нашата слънчева система - имаме сравнително големи количества злато, платина, иридий и уран. Това е добре за бижутери и ядрени учени, но напълно противоречи на всички изчисления как трябва да се формират толкова тежки елементи. Звезди като Слънцето почти не „произвеждат“нищо по-тежко от въглерода - масата им е твърде малка, налягането в центъра също е сравнително ниско, а сливането на ядрата на такива атоми в центъра на нашата звезда не върви.
Има и свръхнови. Те са масивни звезди, които избухват в края на живота си. Но те не трябва да дават твърде много тежки елементи. За да получите много уран или злато, е необходимо повече свободни неутрони да „летят“в ядрото на по-лек атом - и то много бързо, защото в противен случай ядрото ще се разпадне, преди да натрупа необходимия брой неутрони, с които то може да съществува дълго време. А процесът на набиране на неутрони при експлозии на свръхнови (s-процес), както би имал късметът, е твърде бавен.
Поради това беше предложена хипотеза за така наречените r-процеси, или бързо събиране на неутрони от атомни ядра. Проблемът е, че има нужда от много свободни неутрони около атомите. Най-добрият кандидат за това е неутронна звезда. Диаметърът му обикновено е по-малък от дължината на средностатистически руски град, но масата му е по-голяма от тази на Слънцето. Следователно има чудовищна плътност на материята и гравитационното поле е 200 милиарда пъти по-силно от земното и седем милиарда пъти по-силно, отколкото на повърхността на Слънцето.
Черните дупки рядко се сливат
От такава гравитация атомите се „сплескват“един друг и част от неутроните „излитат“от тях. Ако две неутронни звезди се сблъскат, атомните ядра ще започнат активно да се смесват с неутрони при огромно налягане и температура. И точно това е необходимо за образуването на злато, платина, уран и други цезий. Смята се, че така е възникнала около половината от всички елементи, по-тежки от желязото, което ни заобикаля. Да, да, сватбеният пръстен на пръста ви носи веществото от сливането на двойка неутронни звезди!
Гравитационни вълни като артилеристи. Телескоп като златотърсач
Беше страхотна хипотеза, но имаше недостатък - неутронните звезди са много „тъмни“. Когато имате гравитация 200 милиарда по-мощна от тази на Земята, фотоните трудно напускат повърхността. Те са на практика изчезнали, излъчването им във видимия диапазон не е много силно. Неутронните звезди са трудно забележими за стотици светлинни години. И сливанията не се случват толкова често, а повечето са доста далеч. Преди регистрацията на първите гравитационни вълни предходната година беше много трудно да се намерят следи от подобно събитие.
На 17 август 2017 г. астрономите регистрират колебания в пространството и времето, продължили 100 секунди. Веднага заподозряха, че това се е случило, когато две неутронни звезди се приближиха и се сляха. За първи път има възможност за доказване на стари хипотези!
Гравитационните вълни обаче не са всичко. Да, вълната GW170817, записана от американския детектор LIGO (построена между другото, по схемата, предложена в СССР през 50-те години на миналия век), показа, че този път тела от 1,1-1,6 слънчеви маси са се слели. Което е твърде малко за черни дупки. Но от друга страна, това е точно масовият обхват, който могат да имат неутронните звезди. Как обаче да разбера дали там са се образували злато, уран и други елементи с неясен произход?
За това бяха използвани телескопи и спектрометри на повече от 70 обсерватории по света. Те видяха както гама-лъчение от разпадането на тежки радиоактивни елементи, така и спектрални следи от цезий, телур, платина, злато и други елементи. По-важното е, че видяха килонова светкавица. Това е името за изблик на „хиляда нови“звезди, който в същото време е по-слаб от свръхнова. Досега те са виждани само чрез телескопи. И въпреки че имаше предположения, че това е сливането на две неутронни звезди, беше невъзможно да се провери това преди регистрацията на гравитационната вълна GW170817.
Трябва повече злато, господарю
Наблюдаването на следи от тежки метали е добре. Но би било много по-добре да направите повече от тях, а не да се ограничавате само с настоящото откритие. Чудесно е, че сега човечеството има LIGO и способността за по-нататъшно търсене на килонова с помощта на гравитационни вълни.
Въпросът е, че докато не разберем честотата на такива сливания, няма да е ясно колко от тежките елементи са възникнали в неутронните звезди. Освен това сливането е опасно събитие. Когато един хиперсензорен обект с диаметър на Перм попадне върху друг, образуването на тежки елементи се придружава от мощна гама-светкавица. Астрономите отдавна повдигат въпроса, че подобно събитие със своето гама излъчване може да стерилизира Земята. Поне ако се случи много близо и нашата планета е „на фокус“на огнището. Някои изследователи смятат, че това вече се е случило, поради което е имало масово изчезване на планетата. За да разберете колко сериозна е заплахата и дали е необходимо да се борите с нея, би било добре първо да разберете колко често избухват такива убийствени „фабрики за злато“.
АЛЕКСАНДЪР БЕРЕЗИН
