Kā astronomi atvēra kosmosa rūpnīcas zelta un kodoldegvielas ražošanai
Kas ir gravitācijas viļņi?
Kā mēs jau rakstījām, gravitācijas viļņi ir telpas laika ripples, kas rodas, kad divi superdense ķermeņi sāk paātrināties viens otram blakus. Iedomājieties izstieptu audeklu, uz kura tiek izmesta viena tērauda bumba - tas nedaudz iespiedīs audekls. Ja blakus ieliksim otro bumbiņu, tā arī iespiedīs audekls. Bet, ja mēs sākam ātri virzīt bumbiņas spirālē, tuvāk viens otram, tad "nospiestās" vietas sāks pārklāties un audums iet viļņos. Kaut kas līdzīgs notiek kosmosā.
Viļņi strauji vājina ar attālumu no avota. No tā izriet, ka tos parasti ir ļoti grūti atklāt. Divu supermasīvo ķermeņu savstarpēja paātrināšanās notiek tikai pirms apvienošanās. Un melnie caurumi reti saplūst. Neitronu zvaigznes - vēl viens apvienošanās un pārņemšanas kandidāts - var to darīt biežāk, taču tās ir desmitiem reižu vieglākas. Tas ir, šādu notikumu ir iespējams “redzēt” tikai daudz mazākā attālumā nekā melnajiem caurumiem.
Visi apkārtējie runā par gravitācijas viļņiem un neitronu zvaigžņu apvienošanos
Neitronu zvaigznes - zelta un urāna kosmosa rūpnīcas
Reklāmas video:
Turklāt ir ārkārtīgi svarīgi novērot šādu zvaigžņu apvienošanos. Astrofiziķi jau sen ir aprēķinājuši, ka bez šāda procesa apkārtējā Visuma attēls “nesaskaita”. Paņemiet mūsu planētu vai Saules sistēmu - mums ir salīdzinoši liels daudzums zelta, platīna, iridija un urāna. Tas nāk par labu juvelieriem un kodolzinātniekiem, taču ir pilnīgi pretrunā ar visiem aprēķiniem par to, kā būtu jāveido šādi smagie elementi. Tādas zvaigznes kā saule gandrīz neražo neko smagāku par oglekli - to masa ir pārāk maza, arī centrā spiediens ir salīdzinoši zems, un šādu zvaigžņu kodolu saplūšana mūsu zvaigznes centrā neiet.
Ir arī supernovas. Tās ir masīvas zvaigznes, kas savas dzīves beigās eksplodē. Bet tiem nevajadzētu dot pārāk daudz smago elementu. Lai iegūtu daudz urāna vai zelta, ir nepieciešams, lai vairāk brīvo neitronu "lidotu" uz vieglāka atoma kodolu - un ļoti ātri, jo pretējā gadījumā kodols sabruks, pirms tas uzkrāj nepieciešamo neitronu skaitu, ar kuru tas var pastāvēt ilgu laiku. Un neitronu vervēšanas process supernovas sprādzienos (s process), kā veiksmei būtu, ir pārāk lēns.
Tāpēc tika ierosināta hipotēze tā saucamajiem r-procesiem jeb ātrai neitronu savākšanai ar atomu kodoliem. Problēma ir tā, ka tai ir nepieciešams daudz brīvu neitronu ap atomiem. Labākais kandidāts uz to ir neitronu zvaigzne. Tās diametrs parasti ir mazāks par vidusmēra Krievijas pilsētas garumu, bet tā masa ir lielāka nekā Saules. Tāpēc ir milzīgs matērijas blīvums, un gravitācijas lauks ir 200 miljardus reižu spēcīgāks par Zemes un septiņus miljardus reižu spēcīgāks nekā uz Saules virsmas.
Melnie caurumi reti saplūst
No šāda smaguma atomi "saplacina" viens otru, un daļa neitronu "izlido" no tiem. Ja saduras divas neitronu zvaigznes, tad milzīgos spiedienos un temperatūrās atomu kodoli sāks aktīvi sajaukties ar neitroniem. Un tas ir tieši tas, kas nepieciešams zelta, platīna, urāna un cita cēzija veidošanai. Tiek uzskatīts, ka tieši tā radās apmēram puse no visiem elementiem, kas ir smagāki par mūs ieskaujošo dzelzi. Jā, jā, laulības gredzens uz pirksta nes vielu no neitronu zvaigžņu apvienošanās!
Gravitācijas viļņi kā ložmetējs. Teleskops kā zelta racējs
Tā bija lieliska hipotēze, taču tai bija trūkums - neitronu zvaigznes ir ļoti "tumšas". Kad jūsu gravitācijas spēks ir par 200 miljardiem jaudīgāks nekā Zemes, fotoniem ir grūti pamest virsmu. Tie ir praktiski izmiruši, to starojums redzamajā diapazonā nav ļoti spēcīgs. Neitronu zvaigznes ir grūti pamanāmas simtiem gaismas gadu. Apvienošanās nenotiek tik bieži, un lielākā daļa ir diezgan tālu. Pirms pirmo gravitācijas viļņu reģistrēšanas gadu iepriekš, bija ļoti grūti atrast pēdas no šāda notikuma.
2017. gada 17. augustā astronomi reģistrēja telpas laika svārstības, kas ilga 100 sekundes. Viņiem nekavējoties radās aizdomas, ka tas notika, kad tuvojās un saplūda divas neitronu zvaigznes. Pirmo reizi ir iespēja pierādīt vecās hipotēzes!
Tomēr gravitācijas viļņi vēl nav visi. Jā, GW170817 vilnis, ko reģistrēja amerikāņu LIGO detektors (būvēts, starp citu, pēc shēmas, ko PSRS ierosināja jau pagājušā gadsimta 50. gados), parādīja, ka šoreiz saplūda 1,1–1,6 saules masu ķermeņi. Kas ir pārāk mazs, lai izveidotu melnos caurumus. Bet, no otras puses, tas ir tieši tāds masu diapazons, kāds var būt neitronu zvaigznēm. Tomēr kā saprast, vai tur izveidojās zelts, urāns un citi neskaidras izcelsmes elementi?
Šim nolūkam tika izmantoti teleskopi un spektrometri no vairāk nekā 70 observatorijām visā pasaulē. Viņi redzēja gan gamma starojumu no smago radioaktīvo elementu sabrukšanas, gan cēzija, telūra, platīna, zelta un citu elementu spektrālās pēdas. Vēl svarīgāk ir tas, ka viņi redzēja kilonovas zibspuldzi. Tas ir nosaukums uzliesmojumam "tūkstoš jaunām" zvaigznēm, kas vienlaikus ir vājākas par supernovu. Līdz šim tie bija redzami tikai caur teleskopiem. Un, kaut arī bija ierosinājumi, ka tā ir divu neitronu zvaigžņu apvienošanās, to nebija iespējams pārbaudīt pirms gravitācijas viļņa GW170817 reģistrācijas.
Vajadzēja vairāk zelta, mans kungs
Ir labi novērot smago metālu pēdas. Bet būtu daudz labāk padarīt tos vairāk, neaprobežoties tikai ar pašreizējiem atklājumiem. Lieliski, ka tagad cilvēcei ir LIGO un spēja turpināt meklēt kilonovu, izmantojot gravitācijas viļņus.
Lieta ir tāda, ka, kamēr mēs nesapratīsim šādu apvienošanās biežumu, nebūs skaidrs, cik daudz no smagajiem elementiem radās neitronu zvaigznēs. Turklāt apvienošanās ir bīstams notikums. Kad viens hiperdense objekts ar Permas diametru nokrīt uz otra, smago elementu veidošanos pavada jaudīga gamma zibspuldze. Astronomi jau sen izvirza jautājumu, vai šāds notikums ar savu gamma starojumu var sterilizēt Zemi. Vismaz, ja tas notiek ļoti tuvu un mūsu planēta ir "fokusā" uzliesmojumā. Daži pētnieki uzskata, ka tas jau ir noticis, tāpēc planēta ir notikusi masveida izmiršana. Lai saprastu, cik nopietni ir draudi un vai ir nepieciešams ar tiem cīnīties, būtu laba ideja vispirms noskaidrot, cik bieži šādās slepkavīgajās "zelta rūpnīcās" izlaužas.
ALEXANDER BEREZIN