Como os astrônomos abriram fábricas espaciais para produzir ouro e combustível nuclear
O que são ondas gravitacionais?
Como já escrevemos, as ondas gravitacionais são ondulações do espaço-tempo que ocorrem quando dois corpos superdensos começam a acelerar um ao lado do outro. Imagine uma tela esticada, na qual uma bola de aço é lançada - ela empurrará levemente a tela. Se colocarmos uma segunda bola ao lado dela, ela também empurrará a tela. Mas se começarmos a mover rapidamente as bolas em espiral, mais próximas umas das outras, então os pontos "pressionados" começarão a se sobrepor e o tecido irá em ondas. Algo semelhante acontece no espaço.
As ondas enfraquecem nitidamente com a distância da fonte. Conclui-se que geralmente são muito difíceis de detectar. A aceleração mútua de dois corpos supermassivos ocorre apenas antes da fusão. E os buracos negros raramente se fundem. Estrelas de nêutrons - outro candidato a fusões e aquisições - podem fazer isso com mais frequência, mas são dezenas de vezes mais leves. Ou seja, é possível "ver" tal evento apenas a distâncias muito menores do que para buracos negros.
Todos ao redor estão falando sobre ondas gravitacionais e fusão de estrelas de nêutrons
Estrelas de nêutrons - fábricas espaciais de ouro e urânio
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Além disso, a observação de fusões de tais estrelas é extremamente importante. Os astrofísicos há muito calculam que, sem esse processo, a imagem do Universo circundante “não bate certo”. Considere nosso planeta ou nosso sistema solar - temos quantidades relativamente grandes de ouro, platina, irídio e urânio. Isso é bom para joalheiros e cientistas nucleares, mas contradiz completamente todos os cálculos de como esses elementos pesados deveriam ser formados. Estrelas como o Sol quase não "produzem" nada mais pesado do que carbono - sua massa é muito pequena, a pressão no centro também é relativamente baixa e a fusão dos núcleos de tais átomos no centro de nossa estrela não ocorre.
Existem também supernovas. São estrelas massivas que explodem no final de suas vidas. Mas eles não devem dar muitos elementos pesados. Para obter muito urânio ou ouro, é necessário que mais nêutrons livres "voem" para o núcleo de um átomo mais leve - e muito rapidamente, porque senão o núcleo decairá antes de acumular o número necessário de nêutrons com os quais pode existir por muito tempo. E o processo de recrutamento de nêutrons em explosões de supernovas (processo s), por sorte, é muito lento.
Portanto, foi proposta uma hipótese para os chamados processos-r, ou uma rápida coleção de nêutrons pelos núcleos atômicos. O problema é que ele precisa de muitos nêutrons livres ao redor dos átomos. O melhor candidato para isso é uma estrela de nêutrons. Seu diâmetro é geralmente menor do que o comprimento de uma cidade russa média, mas sua massa é maior que a do sol. Portanto, existe uma densidade monstruosa de matéria, e o campo gravitacional é 200 bilhões de vezes mais forte que o da Terra e sete bilhões de vezes mais forte que na superfície do Sol.
Buracos negros raramente se fundem
A partir dessa gravidade, os átomos "se achatam" e parte dos nêutrons "voa para fora" deles. Se duas estrelas de nêutrons colidirem, os núcleos atômicos começarão a se misturar ativamente com os nêutrons a uma pressão e temperatura tremendas. E isso é exatamente o que é necessário para a formação de ouro, platina, urânio e outro césio. Acredita-se que foi assim que surgiu cerca de metade de todos os elementos mais pesados que o ferro que nos rodeiam. Sim, sim, a aliança de casamento em seu dedo contém a substância da fusão de um par de estrelas de nêutrons!
Ondas gravitacionais como um artilheiro. O telescópio é um garimpeiro
Era uma ótima hipótese, mas tinha uma desvantagem - estrelas de nêutrons são muito "escuras". Quando você tem uma gravidade 200 bilhões mais poderosa que a da Terra, os fótons têm dificuldade em deixar a superfície. Eles estão praticamente extintos, sua radiação na faixa do visível não é muito forte. Estrelas de nêutrons são difíceis de ver por centenas de anos-luz. E as fusões não acontecem com tanta frequência, e a maioria está muito distante. Antes do registro das primeiras ondas gravitacionais no ano retrasado, era muito difícil encontrar vestígios de tal evento.
Em 17 de agosto de 2017, os astrônomos registraram flutuações no espaço-tempo que duraram 100 segundos. Eles imediatamente suspeitaram que isso aconteceu quando duas estrelas de nêutrons se aproximaram e se fundiram. Pela primeira vez existe a oportunidade de provar velhas hipóteses!
No entanto, as ondas gravitacionais não são tudo. Sim, a onda GW170817 registrada pelo detector americano LIGO (construído, aliás, de acordo com o esquema proposto na URSS na década de 1950) mostrou que desta vez corpos de 1,1-1,6 massas solares se fundiram. O que é muito pequeno para buracos negros. Mas, por outro lado, essa é exatamente a faixa de massa que as estrelas de nêutrons podem ter. No entanto, como entender se ouro, urânio e outros elementos de origem obscura foram formados lá?
Para isso, foram utilizados telescópios e espectrômetros de mais de 70 observatórios ao redor do mundo. Eles viram a radiação gama da decomposição de elementos radioativos pesados e traços espectrais de césio, telúrio, platina, ouro e outros elementos. Mais importante, eles viram um flash de kilonova. Este é o nome de uma explosão em "mil novas" estrelas, que, ao mesmo tempo, é mais fraca que uma supernova. Até agora, eles só foram vistos através de telescópios. E embora houvesse sugestões de que se tratava da fusão de duas estrelas de nêutrons, não foi possível verificar isso antes do registro da onda gravitacional GW170817.
Mais ouro necessário, meu senhor
Observar vestígios de metais pesados é bom. Mas seria muito melhor fazer mais deles, não se limitar à descoberta atual. É ótimo que agora a humanidade tenha o LIGO e a capacidade de pesquisar mais quilonova usando ondas gravitacionais.
A questão é que, até que entendamos a frequência de tais fusões, não ficará claro quanto dos elementos pesados se originou em estrelas de nêutrons. Além disso, a fusão é um evento perigoso. Quando um objeto hiperdenso com diâmetro de Perm cai sobre outro, a formação de elementos pesados é acompanhada por um poderoso flash gama. Astrônomos há muito tempo levantam a questão de que tal evento com sua radiação gama pode esterilizar a Terra. Pelo menos se acontecer muito perto e nosso planeta estiver "no foco" do surto. Alguns pesquisadores acreditam que isso já aconteceu, razão pela qual ocorreram extinções em massa no planeta. Para entender a gravidade da ameaça e se é necessário combatê-la, seria uma boa ideia primeiro descobrir com que frequência essas "fábricas de ouro" assassinas explodem.
ALEXANDER BEREZIN
