Neitronu zvaigžņu sadursme radīja zeltu un platīnu

Pirmie pierādījumi pierāda neitronu zvaigžņu lomu kosmisko elementu rūpnīcās

Astronomi jau kādu laiku spekulē, ka neitronu zvaigžņu sadursme padara elementus smagākus par dzelzi. Tagad viņiem ir pierādījums. © Nacionālais zinātnes fonds / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnet
lasīt skaļi

Ieskats kosmiskajā rūpnīcā: pirmais neitronu zvaigžņu sadursmes demonstrējums ar gravitācijas viļņu un starojuma palīdzību ir ne tikai astronomijas pavērsiens, bet arī paver jaunu ieskatu zelta, platīna un citu smago elementu veidošanā. Jo tikai neitronu zvaigžņu kataklizmiskā saplūšana rada piemērotus apstākļus. Bet tagad novērotā neitronu zvaigžņu saplūšana varēja atbrīvot 200 Zemes masas zelta un 500 Zemes masas platīna.

Pēc Lielā sprādziena kosmosā bija tikai vieglākie elementi: ūdeņradis, hēlijs un litija pēdas. Tikai tad, kad parādījās pirmās zvaigznes, kodolsintēzes rezultātā tika izveidoti smagāki elementi, piemēram, skābeklis, ogleklis vai dzelzs. Šīm zvaigznēm eksplodējot supernovās, šie elementi kļuva brīvi.

Mīkla par smagajiem elementiem

Bet viens jautājums palika atvērts: no kurienes nāk elementi, kas ir smagāki par dzelzi? Lai tie rastos, ir nepieciešams vairāk nekā tikai zvaigžņu kodola saplūšana. Atomi ir bombardējami tieši ar neitroniem, lai pakāpeniski izaugtu par arvien smagākiem kodoliem. Tomēr tas, kur un kad šī izaugsme notika kosmosā, jau sen ir bijis viens no lielākajiem astrofizikas noslēpumiem.

Viens no kandidātiem uz elementu fabrikas lomu jau sen ir neitronu zvaigžņu sadursme - ārkārtīgi blīvas mirušo zvaigžņu paliekas. Šajā kataklizmiskajā notikumā lieta tiek ārkārtīgi uzkarsēta un izmesta kosmosā. Procesa laikā paātrinātie neitroni saduras ar atomu kodoliem un sākotnēji veido nestabilas smagas daļiņas, kuras pēc tam ar radioaktīvās sabrukšanas sadalās stabilākos smagos atomos - ieskaitot zeltu, sudrabu vai platīnu.

GW170817 gaismas spektrs mainās no plaukstoša uz sarkanu - tas precīzi atbilst Košera elementu rūpnīcas prognozēm. Dan Kasen

Starojoša "Kilonova"

Saskaņā ar teoriju, šo elementu veidošanās procesu vajadzētu atklāt ar raksturīgu elektromagnētiskā starojuma secību un sastāvu. "Tā kā šis gružu mākonis izplatās kosmosā, radioaktīvo elementu sabrukšana padara tos karstus un liek tiem mirdzēt, " skaidro Braiens Metgers no Kolumbijas universitātes. displejs

Metgers un viņa kolēģi ir aprēķinājuši, ka optiskajam un infrasarkanajam diapazonam izstarotajam starojumam vajadzētu būt aptuveni tūkstoš reižu spožākam nekā parastiem nova sprādzieniem, bet mazāk spilgtam nekā supernovai. Tāpēc šāda neitronu zvaigžņu saplūšana teorētiski būtu jānosaka vizuāli kā ts Kilonova. Bet pierādījumi joprojām tika gaidīti, jo neviens nekad nebija redzējis neitronu zvaigznes sadursmi.

Vispirms sudrabs, pēc tam platīns, urāns un zelts

Tagad tas ir mainījies. Astronomi pirmo reizi 2017. gada 17. augustā atklāja vienu no šīm smagāko elementu kosmiskajām rūpnīcām GW170817, kas visā pasaulē tika reģistrēta, izmantojot gravitācijas viļņus un desmitiem teleskopu. "Varbūt lielākais pārsteigums bija tas, cik labi optiskie signāli no šīs neitronu zvaigznes sadursmes atbilda mūsu teorētiskajām cerībām, " saka Metgers.

Kā jau tika prognozēts, sadursmes izstarotais starojums atbilda kilonovas izstarojumam. Sākumā gaisma bija diezgan īsviļņaina un zilgana. Saskaņā ar modeļiem šī gaisma nāk no mākoņu mākoņu ārējiem apgabaliem - reģiona, kurā tiek ražoti vieglāki dārgmetāli, piemēram, sudrabs. Pēc dažām dienām Kilonovas gaismas spektrs mainījās sarkanajā zonā. Kā skaidro astronomi, šo starojumu rada radioaktīva sabrukšana gružu mākoņa iekšienē - sabrukšana, kas rada vissmagākos elementus, piemēram, platīnu, urānu vai zeltu.

Visa zelta avots Visumā varētu būt neitronu zvaigžņu saplūšana

200 Zemes masu zelta

Tā kā neitronu zvaigžņu saplūšana ir novērota tik daudzos dažādos teleskopos un visos viļņu garumos, astronomi pat ir spējuši noteikt, cik daudz smago elementu ir izveidoti šajā kataklizmiskajā notikumā. Viņi lēš, ka aptuveni seši procenti no mūsu saules masas tika saražoti uz smagajiem elementiem.

Tikai ar zeltu neitronu zvaigžņu sadursme, iespējams, bija pietiekama, lai iegūtu 200 visu zeltu augsnes, ziņo pētnieki. Tajā pašā laikā tika izveidotas apmēram 500 zemes masas platīna un citu smago elementu.

"Astronomijas Svētais Grāls"

"Gravitācijas viļņi mums parāda iesaistīto neitronu zvaigžņu kustības un masas, un starojums atklāj notikuma astrofizisko pusi - kas notika sadursmē un cik daudz smago elementu tika saražots, " skaidro Marcelle Soares-Santos no Fermi Nacionālās paātrinātāja laboratorijas. "Tāpēc gaismas un gravitācijas viļņu noteikšana no avota šodien ir viens no astronomijas svētajiem grāliem."

(Kalifornijas Bērklija Universitāte, Nacionālā optiskās astronomijas observatorija, 2017.10.17. - NPO)