Kuidas astronoomid avasid kosmosetehaseid kulla ja tuumakütuse tootmiseks
Mis on gravitatsioonilained?
Nagu me juba kirjutasime, on gravitatsioonilained ruumi-aja lainetused, mis tekivad siis, kui kaks ülitihedat keha hakkavad üksteise kõrval kiirenema. Kujutage ette venitatud lõuend, mille peale visatakse üks teraskuul - see lükkab lõuendi kergelt sisse. Kui paneme teise palli selle kõrvale, surub see ka lõuendi. Kuid kui hakkame palle kiiresti spiraalis liigutama, üksteisele lähemale, siis hakkavad "pressitud" kohad üksteisega kattuma ja kangas läheb lainetena. Midagi sarnast juhtub ka kosmoses.
Lained nõrgenevad järsult koos kaugusega allikast. Sellest järeldub, et neid on üldiselt väga raske tuvastada. Kahe supermassiivse keha vastastikune kiirendus toimub alles enne ühinemist. Ja mustad augud ühinevad harva. Neutronitähed - veel üks ühinemiste ja ülevõtmiste kandidaat - võivad seda teha sagedamini, kuid nad on kümneid kordi kergem. See tähendab, et sellist sündmust on võimalik "näha" ainult palju väiksematel vahemaadel kui mustade aukude puhul.
Kõik ümberringi räägivad gravitatsioonilainetest ja neutrontähtede ühinemisest
Neutronitähed - kulla ja uraani kosmosetehased
Reklaamvideo:
Pealegi on selliste tähtede ühinemise jälgimine äärmiselt oluline. Astrofüüsikud on juba ammu välja arvutanud, et ilma sellise protsessita ümbritseva Universumi pilt “ei liitu”. Võtke meie planeet või päikesesüsteem - meil on suhteliselt palju kulda, plaatina, iriidiumi ja uraani. See on juveliiride ja tuumateadlaste jaoks hea, kuid on täielikult vastuolus kõigi arvutustega, kuidas sellised rasked elemendid peaksid moodustuma. Tähed, nagu Päike, peaaegu "ei tekita" süsinikust midagi raskemat - nende mass on liiga väike, ka rõhk keskel on suhteliselt madal ja selliste aatomite tuumade ühtesulamine meie tähe keskel ei lähe.
On ka supernoove. Nad on suured tähed, mis plahvatavad elu lõpul. Kuid need ei tohiks anda liiga palju raskeid elemente. Palju uraani või kulla saamiseks on vaja, et vabamad neutronid "lendaksid" kergema aatomi tuuma - ja väga kiiresti, sest vastasel juhul tuum laguneb enne, kui see akumuleerib vajaliku arvu neutroneid, millega see võib pikka aega eksisteerida. Ja supernoova plahvatustes neutronite värbamise protsess (s-protsess) on liiga aeglane, nagu õnneks oleks.
Seetõttu pakuti välja hüpotees nn r-protsesside jaoks ehk neutronite kiireks kogumiseks aatomituumade poolt. Probleem on selles, et see vajab aatomite ümber palju vabu neutroneid. Parim kandidaat selleks on neutronitäht. Selle läbimõõt on tavaliselt väiksem kui keskmise Vene linna pikkus, kuid selle mass on suurem kui Päikese oma. Seetõttu on olemas mateeria koletu tihedus ja gravitatsiooniväli on 200 miljardit korda tugevam kui Maa oma ja seitse miljardit korda tugevam kui Päikese pinnal.
Mustad augud ühinevad harva
Sellisest gravitatsioonist aatomid "lamendavad" üksteist ja osa neutroneid "lendab neist välja". Kui kaks neutronitähte põrkuvad, hakkavad aatomituumad tohutu rõhu ja temperatuuri korral aktiivselt segunema neutronitega. Ja see on täpselt vajalik kulla, plaatina, uraani ja muu tseesiumi moodustamiseks. Arvatakse, et nii tekkis umbes pool kõigist meid ümbritsevast rauast raskematest elementidest. Jah, jah, abielusõrmus sõrmel kannab ainet neutronitähtede paari ühinemisel!
Gravitatsioonilained püssina. Teleskoop kui kullakaevaja
See oli suurepärane hüpotees, kuid sellel oli puudus - neutronitähed on väga "tumedad". Kui teie gravitatsioon on 200 miljardit võimsam kui Maa omal, on footonitel raske pinnast lahkuda. Nad on praktiliselt kustunud, nende kiirgus nähtavuses ei ole eriti tugev. Neutronitähti on sadade valgusaastate jooksul raske näha. Ja ühinemisi ei juhtu nii sageli ja enamik neist on üsna kaugel. Enne esimeste gravitatsioonilainete registreerimist eelmisel aastal oli sellise sündmuse jälgi väga raske leida.
17. augustil 2017 registreerisid astronoomid kosmoseaja kõikumisi, mis kestsid 100 sekundit. Nad kahtlustasid kohe, et see juhtus kahe neutronitähe lähenemisel ja ühinemisel. Esmakordselt on võimalus tõestada vanu hüpoteese!
Kuid gravitatsioonilained pole veel kõik. Jah, Ameerika LIGO-detektoriga (mis muide ehitati muide vastavalt 1950ndatel NSV Liidus välja pakutud skeemile) salvestatud GW170817 laine näitas, et seekord ühendati 1,1–1,6 päikesemassiga kehad. Mis on mustade aukude jaoks liiga väike. Kuid teisest küljest on see täpselt massvahemik, mis neutronitähtedel olla võib. Kuidas aga aru saada, kas sinna tekkisid kuld, uraan ja muud ebaselge päritoluga elemendid?
Selleks kasutati enam kui 70 observatooriumi teleskoope ja spektromeetreid kogu maailmas. Nad nägid nii gammakiirgust raskete radioaktiivsete elementide lagunemisel kui ka tseesiumi, telluuriumi, plaatina, kulla ja muude elementide spektraaljälgi. Mis veelgi olulisem - nad nägid kilonova välku. See on nimi "tuhande uue" tähe puhkemiseks, mis on samal ajal nõrgem kui supernoova. Siiani on neid nähtud ainult teleskoopide kaudu. Ja kuigi oli ettepanekuid, et see on kahe neutrontähe ühinemine, oli seda enne gravitatsioonilaine GW170817 registreerimist võimatu kontrollida.
Vaja veel kulda, mu isand
Raskemetallide jälgede jälgimine on hea. Kuid oleks palju parem neist rohkem teha, mitte piirduda praeguse avastusega. Tore, et nüüd on inimkonnal LIGO ja võime gravitatsioonilainete abil kilonova veelgi otsida.
Asi on selles, et kuni me ei saa aru selliste ühinemiste sagedusest, pole selge, kui suur osa rasketest elementidest tekkis neutronitähtedest. Lisaks on ühinemine ohtlik sündmus. Kui üks Permi läbimõõduga hüperdense objekt langeb teisele, kaasneb raskete elementide moodustumisega võimas gammavälk. Astronoomid on juba pikka aega tõstatanud küsimuse, kas selline sündmus oma gammakiirgusega võib Maa steriliseerida. Vähemalt siis, kui see juhtub väga lähedal ja meie planeet on haiguspuhangu "fookuses". Mõne uurija arvates on see juba juhtunud, mistõttu on planeedil toimunud massiline väljasuremine. Mõistmaks, kui tõsine oht on ja kas selle vastu on vaja võidelda, oleks hea mõte kõigepealt välja selgitada, kui sageli sellised mõrvarlikud "kullatehased" puhkevad.
ALEXANDER BEREZIN
