Ako astronómovia otvorili vesmírne továrne na výrobu zlata a jadrového paliva
Čo sú to gravitačné vlny?
Ako sme už písali, gravitačné vlny sú vlnkami časopriestoru, ku ktorým dochádza, keď sa dve superdenzné telá začínajú zrýchľovať vedľa seba. Predstavte si natiahnuté plátno, na ktoré je hodená jedna oceľová guľa - bude to mierne tlačiť na plátno. Ak vedľa neho položíme druhú loptu, vytlačí to aj plátno. Ak však začneme rýchlo pohybovať guľôčky v špirále, bližšie k sebe, potom sa „stlačené“miesta začnú navzájom prekrývať a tkanina bude vo vlnách. Vo vesmíre sa niečo podobné deje.
Vlny ostro oslabujú so vzdialenosťou od zdroja. Z toho vyplýva, že je všeobecne ťažké ich zistiť. K vzájomnému zrýchleniu dvoch supermasívnych orgánov dôjde až pred zlúčením. A čierne diery sa zriedka zlúčia. Neutrónové hviezdy - ďalší kandidát na fúzie a akvizície - to môžu robiť častejšie, ale sú mnohokrát ľahšie. To znamená, že takúto udalosť je možné „vidieť“iba v oveľa menšej vzdialenosti ako v prípade čiernych dier.
Všetci okolo hovoria o gravitačných vlnách a zlúčení neutrónových hviezd
Neutrónové hviezdy - vesmírne továrne na zlato a urán
Propagačné video:
Pozorovanie fúzií takýchto hviezd je navyše mimoriadne dôležité. Astrofyzici už dávno spočítali, že bez takého procesu obraz okolitého vesmíru „nepribúda“. Vezmite našu planétu alebo našu slnečnú sústavu - máme relatívne veľké množstvo zlata, platiny, irídia a uránu. Je to dobré pre klenotníkov a jadrových vedcov, ale je to úplne v rozpore so všetkými výpočtami, ako by sa mali vytvárať také ťažké prvky. Hviezdy ako Slnko takmer „nevytvárajú“nič ťažšie ako uhlík - ich hmotnosť je príliš malá, tlak v strede je tiež relatívne nízky a fúzia jadier takýchto atómov v strede našej hviezdy nejde.
Existujú tiež supernovy. Sú to obrovské hviezdy, ktoré na konci svojho života explodujú. Nemali by však dať príliš veľa ťažkých prvkov. Ak chcete získať veľa uránu alebo zlata, je potrebné, aby viac voľných neutrónov „preletelo“do jadra ľahšieho atómu - a veľmi rýchlo, pretože inak sa jadro rozpadne skôr, ako nahromadí potrebný počet neutrónov, s ktorými môže dlho existovať. A proces náboru neutrónov pri výbuchoch supernovy (s-proces), ako by to malo šťastie, je príliš pomalý.
Preto bola navrhnutá hypotéza pre takzvané r-procesy alebo rýchly zber neutrónov atómovými atómami. Problém je v tom, že okolo atómov potrebuje veľa voľných neutrónov. Najlepším kandidátom je neutrónová hviezda. Jeho priemer je obyčajne menší ako dĺžka priemerného ruského mesta, ale jeho hmotnosť je väčšia ako hmotnosť Slnka. Preto existuje obrovská hustota hmoty a gravitačné pole je 200 miliárd krát silnejšie ako Zem a sedem miliárd krát silnejšie ako na povrchu Slnka.
Čierne diery sa zriedka zlúčia
Z tejto gravitácie sa atómy navzájom „sploštia“a časť neutrónov z nich „vyletie“. Ak sa dve neutrónové hviezdy zrazia, atómové jadrá sa začnú aktívne miešať s neutrónmi pri ohromnom tlaku a teplote. A to je presne to, čo je potrebné na tvorbu zlata, platiny, uránu a iného cézia. Predpokladá sa, že takto vzniklo asi polovica všetkých prvkov ťažších ako železo, ktoré nás obklopujú. Áno, áno, snubný prsteň na prsti nesie látku zo zlúčenia neutrónových hviezd!
Gravitačné vlny ako strelec. Teleskop ako zlatokop
Bola to veľká hypotéza, ale mala to nevýhodu - neutrónové hviezdy sú veľmi „tmavé“. Keď máte gravitáciu o 200 miliárd silnejšiu ako Zem, fotóny majú problém opustiť povrch. Sú prakticky vyhynuté, ich žiarenie vo viditeľnom rozsahu nie je príliš silné. Neutrónové hviezdy je ťažké vidieť stovky svetelných rokov. Fúzie sa tak často nestávajú a väčšina z nich je dosť ďaleko. Pred registráciou prvých gravitačných vĺn minulý rok bolo veľmi ťažké nájsť stopy takejto udalosti.
17. augusta 2017 astronómovia zaznamenali výkyvy v časopriestore, ktoré trvali 100 sekúnd. Okamžite mali podozrenie, že sa to stalo, keď sa dve neutrónové hviezdy priblížili a zlúčili. Prvýkrát je tu možnosť dokázať staré hypotézy!
Gravitačné vlny však nie sú všetky. Áno, vlna GW170817 zaznamenaná americkým detektorom LIGO (postavený mimochodom podľa schémy navrhnutej v ZSSR už v 50-tych rokoch) ukázala, že tentoraz sa zlúčili telá 1,1 až 1,6 slnečných hmôt. Čo je príliš malé na čierne diery. Na druhej strane je to presne hmotnostný rozsah, ktorý môžu mať neutrónové hviezdy. Ako však pochopiť, či sa tu tvorilo zlato, urán a ďalšie prvky nejasného pôvodu?
Na tento účel boli použité teleskopy a spektrometre z viac ako 70 observatórií po celom svete. Videli gama žiarenie z rozpadu ťažkých rádioaktívnych prvkov a spektrálne stopy cézia, telúru, platiny, zlata a ďalších prvkov. A čo je dôležitejšie, videli blesk kilonova. Toto je meno výbuchu v „tisíckach nových“hviezd, ktoré je zároveň slabšie ako supernova. Až doteraz boli videní iba cez ďalekohľady. A hoci existovali náznaky, že ide o zlúčenie dvoch neutrónových hviezd, nebolo možné to overiť pred registráciou gravitačnej vlny GW170817.
Potrebujem viac zlata, môj pane
Pozorovanie stôp ťažkých kovov je dobré. Bolo by však oveľa lepšie ich vyrobiť viac, neobmedzovať sa len na súčasný objav. Je skvelé, že teraz má ľudstvo LIGO a schopnosť ďalej hľadať kilonova pomocou gravitačných vĺn.
Ide o to, že kým nebudeme rozumieť frekvenciu takýchto fúzií, nebude jasné, koľko ťažkých prvkov vzniklo v neutrónových hviezdach. Okrem toho je zlúčenie nebezpečnou udalosťou. Keď jeden hyperdenzný objekt s priemerom Perm padá na druhý, formovanie ťažkých prvkov je sprevádzané silným gama zábleskom. Astronómovia už dlho kladú otázku, že takáto udalosť pomocou gama žiarenia môže sterilizovať Zem. Aspoň ak sa to stane veľmi blízko a naša planéta je „v centre pozornosti“ohniska. Niektorí vedci sa domnievajú, že sa to už stalo, a preto na planéte došlo k hromadnému vyhynutiu. Aby sme pochopili, aká vážna je hrozba a či je potrebné s ňou bojovať, bolo by dobré najprv zistiť, ako často vypuknú takéto vražedné „zlaté továrne“.
ALEXANDER BEREZIN