Kako su astronomi otvorili svemirske tvornice za proizvodnju zlata i nuklearnog goriva
Što su gravitacijski valovi?
Kao što smo već pisali, gravitacijski valovi su valovi prostora-vremena koji nastaju kada dva superzvučna tijela počnu ubrzavati jedno pored drugoga. Zamislite istegnuto platno, na koje se baca jedna čelična kugla - lagano će gurnuti platno. Ako stavimo drugu kuglu pored nje, ona će također gurnuti platno. Ali ako počnemo brzo premještati kuglice u spiralu, bliže jedna drugoj, tada će se "pritisnuta" mjesta početi preklapati, a tkanina će ići u valovima. Nešto slično se događa u svemiru.
Valovi naglo slabe s udaljenošću od izvora. Iz toga proizlazi da ih je općenito vrlo teško detektirati. Međusobno ubrzanje dva supermasivna tijela događa se samo prije spajanja. A crne se rupe rijetko spajaju. Neutronske zvijezde - još jedan kandidat za spajanja i akvizicije - to mogu činiti češće, ali oni su nekoliko desetaka puta lakši. Odnosno, takav je događaj moguće vidjeti samo na mnogo manjim udaljenostima nego za crne rupe.
Svi okolo govore o gravitacijskim valovima i spajanju neutronskih zvijezda
Neutronske zvijezde - svemirske tvornice zlata i urana
Promotivni video:
Nadalje, promatranje spajanja takvih zvijezda izuzetno je važno. Astrofizičari su odavno izračunali da se bez takvog procesa slika okolnog Univerzuma „ne zbraja“. Uzmite naš planet ili naš sunčani sustav - imamo relativno velike količine zlata, platine, iridija i urana. To je dobro za draguljare i nuklearne znanstvenike, ali u potpunosti je u suprotnosti sa svim proračunima kako se trebaju formirati tako teški elementi. Zvijezde poput Sunca gotovo ne "proizvode" ništa teže od ugljika - njihova je masa premala, tlak u sredini je također relativno nizak, pa fuzija jezgara takvih atoma u središtu naše zvijezde ne ide.
Postoje i supernove. Oni su masivne zvijezde koje eksplodiraju na kraju svog života. Ali oni ne bi trebali dati previše teških elemenata. Da bismo dobili puno urana ili zlata, potrebno je da više slobodnih neutrona "leti" u jezgru lakšeg atoma - i to vrlo brzo, jer će se u protivnom jezgra raspasti prije nego što nagomila potreban broj neutrona s kojima može dugo postojati. A proces regrutovanja neutrona u eksplozijama supernove (s-proces), kako bi to sreća imala, prespor je.
Stoga je predložena hipoteza za takozvane r-procese, odnosno brzo prikupljanje neutrona atomskim jezgrama. Problem je što treba oko slobodnih neutrona oko atoma. Najbolji kandidat za to je neutronska zvijezda. Promjer mu je obično manji od duljine prosječnog ruskog grada, ali njegova je masa veća od Sunca. Stoga je monstruozna gustoća materije, a gravitacijsko polje je 200 milijardi puta jače od Zemljine i sedam milijardi puta jače nego na površini Sunca.
Crne rupe se rijetko spajaju
Iz takve gravitacije atomi se "spljošte", a dio neutrona "leti" iz njih. Ako se sudaraju dvije neutronske zvijezde, tada će se atomska jezgra početi aktivno miješati s neutronima pri ogromnom tlaku i temperaturi. A upravo je to potrebno za stvaranje zlata, platine, urana i drugog cezija. Vjeruje se da je tako nastala otprilike polovica svih elemenata težih od željeza koje nas okružuje. Da, da, vjenčani prsten na vašem prstu nosi tvar iz spajanja par neutronskih zvijezda!
Gravitacijski valovi kao puškomitraljezi. Teleskop kao kopač zlata
Bila je to sjajna hipoteza, ali imala je i nedostatak - neutronske zvijezde su vrlo "tamne". Kad imate gravitaciju 200 milijardi moćniju od Zemljine, fotoni teško napuštaju površinu. Oni su praktički izumrli, njihovo zračenje u vidljivom rasponu nije jako. Neutronske zvijezde je teško vidjeti stotinama svjetlosnih godina. A spajanja se ne događaju često, a većina je prilično udaljena. Prije registracije prvih gravitacijskih valova godinu prije, bilo je vrlo teško pronaći tragove takvog događaja.
17. kolovoza 2017. astronomi su zabilježili fluktuacije u prostor-vremenu koje su trajale 100 sekundi. Odmah su posumnjali da se to dogodilo kada su se dvije neutronske zvijezde približile i spojile. Po prvi put postoji prilika za dokazivanje starih hipoteza!
Međutim, gravitacijski valovi nisu svi. Da, val GW170817 zabilježen američkim LIGO detektorom (izgrađen usput, prema shemi predloženoj u SSSR-u 1950-ih) pokazao je da su se ovoga puta tijela 1,1-1,6 solarne mase spojila. Što je premalo za crne rupe. Ali s druge strane, to je upravo raspon masa koji mogu imati neutronske zvijezde. Međutim, kako razumjeti jesu li tamo formirani zlato, uran i drugi elementi s nejasnim podrijetlom?
Za to su korišteni teleskopi i spektrometri više od 70 opservatorija širom svijeta. Vidjeli su gama zračenje propadanjem teških radioaktivnih elemenata i spektralne tragove cezija, telura, platine, zlata i drugih elemenata. Što je još važnije, vidjeli su kako kilonova bljesne. Ovo je naziv za ispad u "tisuću novih" zvijezda, koji je istodobno slabiji od supernove. Do sada su ih vidjeli samo kroz teleskope. Iako su postojali prijedlozi da se radi o spajanju dviju neutronskih zvijezda, to je bilo nemoguće provjeriti prije registracije gravitacijskog vala GW170817.
Treba više zlata, gospodaru
Dobro je promatrati tragove teških metala. Ali bilo bi puno bolje da ih napravimo više, a ne da se ograničimo samo na sadašnje otkriće. Super je što čovječanstvo sada ima LIGO i sposobnost daljnjeg pretraživanja kilonove pomoću gravitacijskih valova.
Stvar je u tome što dok ne razumijemo učestalost takvih spajanja, bit će nejasno koliko teških elemenata potječe iz neutronskih zvijezda. Osim toga, spajanje je opasan događaj. Kad jedan hipernasni objekt promjera Perma padne na drugi, nastajanje teških elemenata prati snažna gama bljeskalica. Astronomi odavno postavljaju pitanje da takav događaj svojim gama zračenjem može sterilizirati Zemlju. Barem ako se to dogodi vrlo blizu i naš je planet "u fokusu" izbijanja. Neki istraživači vjeruju da se to već dogodilo, zbog čega je na planeti došlo do masovnih izumiranja. Da biste shvatili koliko je prijetnja ozbiljna i da li je potrebno boriti se protiv nje, bilo bi dobro prvo saznati koliko često takve ubojite "tvornice zlata" izbijaju.
ALEXANDER BEREZIN