Cum astronomii au deschis fabricile spațiale pentru a produce aur și combustibil nuclear
Ce sunt undele gravitaționale?
După cum am scris deja, undele gravitaționale sunt ondulări ale spațiului-timp care apar atunci când două corpuri superdense încep să se accelereze unul lângă altul. Imaginați-vă o pânză întinsă, pe care este aruncată o bilă de oțel - va împinge ușor pânza. Dacă punem o a doua bilă lângă ea, aceasta va împinge și pânza. Dar dacă începem să mișcăm rapid bilele într-o spirală, mai aproape unul de celălalt, atunci locurile „presate” vor începe să se suprapună între ele, iar țesătura va merge în valuri. Ceva similar se întâmplă în spațiu.
Valurile slăbesc brusc odată cu distanța de la sursă. De aici rezultă că, în general, sunt foarte greu de detectat. Accelerarea reciprocă a două corpuri supermasive are loc numai înainte de contopire. Și găurile negre se îmbină rar. Stelele Neutron - un alt candidat pentru fuziuni și achiziții - pot face acest lucru mai des, dar sunt de zeci de ori mai ușoare. Adică este posibil să „vedem” un astfel de eveniment doar la distanțe mult mai mici decât în cazul găurilor negre.
Toți cei din jur vorbesc despre unde gravitaționale și fuziunea stelelor neutronice
Stele de neutroni - fabrici spațiale de aur și uraniu
Video promotional:
Mai mult, observarea fuziunilor unor astfel de stele este extrem de importantă. Astrofizicienii au calculat de mult că fără un astfel de proces, imaginea Universului din jur „nu se adună”. Luați-ne planeta sau sistemul nostru solar - avem cantități relativ mari de aur, platină, iridiu și uraniu. Acest lucru este bun pentru bijutieri și oameni de știință nucleari, dar contrazice complet toate calculele modului în care ar trebui formate astfel de elemente grele. Stelele ca Soarele aproape că nu „produc” nimic mai greu decât carbonul - masa lor este prea mică, presiunea în centru este de asemenea relativ scăzută, iar fuziunea nucleelor unor astfel de atomi din centrul stelei noastre nu merge.
Există, de asemenea, supernovele. Sunt stele masive care explodează la sfârșitul vieții. Dar nu ar trebui să dea prea multe elemente grele. Pentru a obține mult uraniu sau aur, este necesar ca mai mulți neutroni liberi să „zboare” în nucleul unui atom mai ușor - și foarte repede, pentru că altfel nucleul se va descompune înainte de a acumula numărul necesar de neutroni cu care poate exista mult timp. Iar procesul de recrutare a neutronilor în explozii de supernove (s-procedeu), așa cum ar avea norocul, este prea lent.
Prin urmare, a fost propusă o ipoteză pentru așa-numitele procese r sau o colectare rapidă de neutroni de către nucleii atomici. Problema este că are nevoie de mulți neutroni liberi în jurul atomilor. Cel mai bun candidat pentru acest lucru este o stea cu neutroni. Diametrul său este de obicei mai mic decât lungimea unui oraș rusesc mediu, dar masa sa este mai mare decât cea a Soarelui. Prin urmare, există o densitate monstruoasă a materiei, iar câmpul gravitațional este de 200 de miliarde de ori mai puternic decât cel al Pământului și de șapte miliarde de ori mai puternic decât pe suprafața Soarelui.
Gurile negre se îmbină rar
De la o asemenea gravitație, atomii se „aplatizează” unul pe celălalt și o parte din neutroni „zboară” din ei. Dacă două stele de neutroni se ciocnesc, atunci nucleele atomice vor începe să se amestece activ cu neutronii la presiune și temperatură uriașă. Și aceasta este exact ceea ce este necesar pentru formarea de aur, platină, uraniu și alte cesiu. Se crede că așa au apărut aproximativ jumătate din toate elementele mai grele decât fierul care ne înconjoară. Da, da, verigheta de pe deget poartă substanța din fuziunea unei perechi de stele cu neutroni!
Valurile gravitaționale ca un împușcat. Telescop ca un sapat de aur
A fost o ipoteză grozavă, dar a avut un dezavantaj - stelele neutronice sunt foarte „întunecate”. Când aveți o gravitație cu 200 de miliarde mai puternică decât cea a Pământului, fotonii au greu să părăsească suprafața. Sunt practic dispărute, radiația lor în intervalul vizibil nu este foarte puternică. Stelele neutronice sunt dificil de văzut de sute de ani-lumină. Iar fuziunile nu se întâmplă atât de des, iar majoritatea sunt destul de departe. Înainte de înregistrarea primelor valuri gravitaționale cu un an înainte de trecut, era foarte dificil să găsești urme ale unui astfel de eveniment.
Pe 17 august 2017, astronomii au înregistrat fluctuații în spațiu care au durat 100 de secunde. Au bănuit imediat că s-a întâmplat atunci când două stele de neutroni s-au apropiat și s-au contopit. Pentru prima dată există oportunitatea de a dovedi ipoteze vechi!
Cu toate acestea, undele gravitaționale nu sunt toate. Da, valul GW170817 înregistrat de detectorul american LIGO (construit, apropo, conform schemei propuse în URSS în anii 1950) a arătat că de data aceasta corpurile de 1,1-1,6 mase solare s-au contopit. Ceea ce este prea mic pentru găurile negre. Pe de altă parte, aceasta este exact intervalul de masă pe care îl pot avea stelele neutronice. Totuși, cum să înțelegem dacă s-au format aur, uraniu și alte elemente cu o origine neclară?
Pentru aceasta, au fost folosite telescoape și spectrometre a peste 70 de observatorii din întreaga lume. Au văzut atât radiații gamma din degradarea elementelor radioactive grele, cât și urme spectrale de cesiu, telur, platină, aur și alte elemente. Mai important, au văzut un flash kilonova. Acesta este numele unei izbucniri în „o mie de stele”, care, în același timp, sunt mai slabe decât o supernovă. Până acum, acestea au fost văzute doar prin telescoape. Și deși au existat sugestii că aceasta este fuziunea a două stele cu neutroni, a fost imposibil de verificat acest lucru înainte de înregistrarea undei gravitaționale GW170817.
Este nevoie de mai mult aur, stăpâne
Observarea urmelor de metale grele este bună. Dar ar fi mult mai bine să facem mai multe dintre ele, să nu ne limităm la descoperirea actuală. Este minunat că acum umanitatea are LIGO și capacitatea de a căuta în continuare kilonova folosind undele gravitaționale.
Ideea este că, până nu vom înțelege frecvența unor astfel de fuziuni, nu va fi clar cât de multe dintre elementele grele provin din stele neutronice. În plus, fuziunea este un eveniment periculos. Când un obiect hipertensiv cu un diametru de Perm cade pe altul, formarea de elemente grele este însoțită de un puternic flash gamma. Astronomii au ridicat de mult întrebarea că un astfel de eveniment cu radiațiile sale gamma poate steriliza Pământul. Cel puțin dacă se întâmplă foarte aproape și planeta noastră este „în centrul atenției” focarului. Unii cercetători cred că acest lucru s-a întâmplat deja, motiv pentru care au existat stingeri în masă pe planetă. Pentru a înțelege cât de gravă este amenințarea și dacă este necesară combaterea acesteia, ar fi bine să aflăm mai întâi cât de des izbucnesc astfel de „fabrici de aur” ucigătoare.
ALEXANDER BEREZIN
