Jak astronomové otevřeli vesmírné továrny na výrobu zlata a jaderného paliva
Co jsou gravitační vlny?
Jak jsme již psali, gravitační vlny jsou vlnkami časoprostoru, ke kterým dochází, když dvě superdenzní těla začínají zrychlovat vedle sebe. Představte si natažené plátno, na které je hodena jedna ocelová koule - mírně to tlačí na plátno. Pokud vedle ní položíme druhou kouli, bude to také tlačit plátno. Pokud ale začneme rychle pohybovat kuličky ve spirále, blíž k sobě, pak se „lisovaná“místa začnou překrývat a tkanina bude ve vlnách. Ve vesmíru se něco podobného děje.
Vlny ostře zeslabují se vzdáleností od zdroje. Z toho vyplývá, že je obecně velmi obtížné je detekovat. K vzájemnému zrychlení dvou supermasivních těl dochází teprve před sloučením. A černé díry se zřídka slučují. Neutronové hvězdy - další kandidát na fúze a akvizice - to mohou dělat častěji, ale jsou mnohokrát lehčí. To znamená, že je možné „vidět“takovou událost pouze v mnohem menších vzdálenostech než u černých děr.
Všichni kolem mluví o gravitačních vlnách a slučování neutronových hvězd
Neutronové hvězdy - vesmírné továrny na zlato a uran
Propagační video:
Navíc je pozorování fúzí takových hvězd nesmírně důležité. Astrofyzici dlouho počítali, že bez takového procesu se obraz okolního vesmíru „nesčítá“. Vezměte naši planetu nebo naši sluneční soustavu - máme relativně velké množství zlata, platiny, iridia a uranu. To je dobré pro klenotníky a jaderné vědce, ale je to zcela v rozporu se všemi výpočty, jak by se tyto těžké prvky měly formovat. Hvězdy, jako je Slunce, téměř „nevytvářejí“nic těžšího než uhlík - jejich hmota je příliš malá, tlak ve středu je také relativně nízký a fúze jader těchto atomů ve středu naší hvězdy nejde.
Existují také supernovy. Jsou to obrovské hvězdy, které na konci jejich života explodují. Neměli by však dávat příliš mnoho těžkých prvků. Chcete-li získat hodně uranu nebo zlata, je nutné, aby více volných neutronů „létalo“do jádra lehčího atomu - a velmi rychle, protože jinak se jádro rozpadne, než nahromadí požadovaný počet neutronů, s nimiž může existovat po dlouhou dobu. A proces náboru neutronů při výbuchu supernovy (s-proces), jak by to mělo štěstí, je příliš pomalý.
Proto byla navržena hypotéza pro takzvané r-procesy nebo rychlé shromažďování neutronů atomovými jádry. Problém je v tom, že kolem atomů potřebuje hodně volných neutronů. Nejvhodnějším kandidátem je neutronová hvězda. Jeho průměr je obvykle menší než délka průměrného ruského města, ale jeho hmotnost je větší než hmotnost Slunce. Proto existuje monstrózní hustota hmoty a gravitační pole je 200 miliardkrát silnější než Země a sedm miliardkrát silnější než na povrchu Slunce.
Černé díry se zřídka slučují
Z takové gravitace se atomy „vzájemně zplošťují“a část neutronů z nich „vyletí“. Pokud dojde ke srážce dvou neutronových hvězd, atomová jádra se začnou aktivně mísit s neutrony při ohromném tlaku a teplotě. A to je přesně to, co je potřeba pro tvorbu zlata, platiny, uranu a dalšího cesia. Předpokládá se, že takto vzniklo asi polovina všech prvků těžších než železo, které nás obklopují. Ano, ano, snubní prsten na prstu nese látku ze sloučení pár neutronových hvězd!
Gravitační vlny jako střelec. Dalekohled jako zlatokop
Byla to skvělá hypotéza, ale měla to nevýhodu - neutronové hvězdy jsou velmi „tmavé“. Když máte gravitaci o 200 miliard silnější než Země, fotony mají těžký čas opustit povrch. Jsou prakticky zaniklé, jejich záření ve viditelném rozsahu není příliš silné. Neutronové hvězdy jsou obtížně vidět po stovky světelných let. A fúze se tak často nestávají a většina z nich je daleko. Před registrací prvních gravitačních vln minulý rok bylo velmi obtížné najít stopy takové události.
17. srpna 2017 zaznamenali astronomové výkyvy v časoprostoru, který trval 100 sekund. Okamžitě měli podezření, že se to stalo, když se dvě neutronové hvězdy přiblížily a sloučily. Poprvé je zde možnost prokázat staré hypotézy!
Gravitační vlny však nejsou všechny. Ano, vlna GW170817 zaznamenaná americkým detektorem LIGO (postavený mimochodem podle schématu navrženého v SSSR již v 50. letech) ukázala, že tentokrát se sloučila těla 1,1-1,6 slunečních hmot. Což je příliš malé na černé díry. Na druhou stranu je to přesně hmotnostní rozsah, který mohou mít neutronové hvězdy. Jak však pochopit, zda se zde tvořilo zlato, uran a další prvky nejasného původu?
K tomu byly použity dalekohledy a spektrometry více než 70 observatoří po celém světě. Viděli jak gama záření z rozkladu těžkých radioaktivních prvků, tak spektrální stopy cesia, telur, platiny, zlata a dalších prvků. Ještě důležitější je, že viděli blesk kilonova. Toto je jméno výbuchu v „tisících nových“hvězdách, které je zároveň slabší než supernova. Až dosud byly vidět pouze prostřednictvím dalekohledů. A přestože existovaly návrhy, že se jedná o sloučení dvou neutronových hvězd, nebylo možné to ověřit před registrací gravitační vlny GW170817.
Potřebujeme více zlata, můj pane
Pozorování stop těžkých kovů je dobré. Ale bylo by mnohem lepší je vyrobit více, neomezovat se na současný objev. Je skvělé, že nyní má lidstvo LIGO a schopnost dále hledat kilonova pomocí gravitačních vln.
Jde o to, že dokud neuvědomíme frekvenci takových fúzí, nebude jasné, kolik těžkých prvků vzniklo v neutronových hvězdách. Kromě toho je sloučení nebezpečnou událostí. Když jeden hyperdenzní objekt s průměrem Perm padá na jiný, je tvorba těžkých prvků doprovázena silným gama zábleskem. Astronomové již dlouho kladou otázku, že taková událost se svým gama zářením může Zemi sterilizovat. Alespoň pokud se to stane velmi blízko a naše planeta je „v centru pozornosti“ohniska. Někteří vědci se domnívají, že se to již stalo, a proto na planetě došlo k hromadnému vyhynutí. Abychom pochopili, jak vážná je hrozba, a zda je nutné s ní bojovat, bylo by dobré nejprve zjistit, jak často tyto vražedné „zlaté továrny“vypuknou.
ALEXANDER BEREZIN