Wie Astronomen Weltraumfabriken eröffneten, um Gold und Kernbrennstoff zu produzieren
Was sind Gravitationswellen?
Wie wir bereits geschrieben haben, sind Gravitationswellen Wellen der Raumzeit, die auftreten, wenn zwei überdichte Körper nebeneinander zu beschleunigen beginnen. Stellen Sie sich eine gespannte Leinwand vor, auf die eine Stahlkugel geworfen wird - sie drückt die Leinwand leicht. Wenn wir einen zweiten Ball daneben legen, wird auch die Leinwand gedrückt. Wenn wir jedoch anfangen, die Kugeln schnell in einer Spirale näher aneinander zu bewegen, beginnen sich die "gepressten" Stellen zu überlappen und der Stoff geht in Wellen. Ähnliches passiert im Weltraum.
Die Wellen werden mit der Entfernung von der Quelle stark schwächer. Daraus folgt, dass sie im Allgemeinen sehr schwer zu erkennen sind. Die gegenseitige Beschleunigung zweier supermassiver Körper erfolgt erst vor dem Zusammenführen. Und schwarze Löcher verschmelzen selten. Neutronensterne - ein weiterer Kandidat für Fusionen und Übernahmen - tun dies zwar häufiger, sind aber Dutzende Male leichter. Das heißt, es ist möglich, ein solches Ereignis nur in viel geringeren Entfernungen als bei Schwarzen Löchern zu „sehen“.
Alle reden von Gravitationswellen und der Verschmelzung von Neutronensternen
Neutronensterne - Weltraumfabriken aus Gold und Uran
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Darüber hinaus ist die Beobachtung von Fusionen solcher Sterne äußerst wichtig. Astrophysiker haben lange berechnet, dass sich ohne einen solchen Prozess das Bild des umgebenden Universums „nicht summiert“. Nehmen wir unseren Planeten oder unser Sonnensystem - wir haben relativ große Mengen an Gold, Platin, Iridium und Uran. Dies ist gut für Juweliere und Nuklearwissenschaftler, widerspricht jedoch völlig allen Berechnungen, wie solche schweren Elemente gebildet werden sollten. Sterne wie die Sonne "produzieren" fast nichts Schwereres als Kohlenstoff - ihre Masse ist zu gering, der Druck im Zentrum ist ebenfalls relativ gering und die Verschmelzung der Kerne solcher Atome im Zentrum unseres Sterns geht nicht.
Es gibt auch Supernovae. Sie sind massive Sterne, die am Ende ihres Lebens explodieren. Aber sie sollten nicht zu viele schwere Elemente geben. Um viel Uran oder Gold zu erhalten, müssen mehr freie Neutronen in den Kern eines leichteren Atoms "fliegen" - und das sehr schnell, da der Kern sonst zerfällt, bevor er die erforderliche Anzahl von Neutronen ansammelt, mit denen er lange Zeit existieren kann. Und der Prozess der Rekrutierung von Neutronen in Supernova-Explosionen (S-Prozess) ist, wie es das Glück wollte, zu langsam.
Daher wurde eine Hypothese für die sogenannten r-Prozesse oder eine schnelle Sammlung von Neutronen durch Atomkerne vorgeschlagen. Das Problem ist, dass es viele freie Neutronen um die Atome benötigt. Der beste Kandidat dafür ist ein Neutronenstern. Sein Durchmesser ist normalerweise kleiner als die Länge einer durchschnittlichen russischen Stadt, aber seine Masse ist größer als die der Sonne. Daher gibt es eine ungeheure Materiedichte, und das Gravitationsfeld ist 200 Milliarden Mal stärker als das der Erde und sieben Milliarden Mal stärker als auf der Oberfläche der Sonne.
Schwarze Löcher verschmelzen selten
Aus dieser Schwerkraft "glätten" sich die Atome gegenseitig und ein Teil der Neutronen "fliegt" aus ihnen heraus. Wenn zwei Neutronensterne kollidieren, beginnen sich Atomkerne bei enormem Druck und hoher Temperatur aktiv mit Neutronen zu vermischen. Und genau das wird für die Bildung von Gold, Platin, Uran und anderem Cäsium benötigt. Es wird angenommen, dass auf diese Weise etwa die Hälfte aller Elemente, die schwerer als Eisen sind und uns umgeben, entstanden sind. Ja, ja, der Ehering an Ihrem Finger trägt die Substanz aus der Fusion eines Paares Neutronensterne!
Gravitationswellen als Schütze. Teleskop als Goldgräber
Es war eine großartige Hypothese, hatte aber einen Nachteil - Neutronensterne sind sehr "dunkel". Wenn die Schwerkraft 200 Milliarden stärker ist als die der Erde, fällt es Photonen schwer, die Oberfläche zu verlassen. Sie sind praktisch ausgestorben, ihre Strahlung im sichtbaren Bereich ist nicht sehr stark. Neutronensterne sind für Hunderte von Lichtjahren schwer zu sehen. Und Fusionen kommen nicht so oft vor und die meisten sind ziemlich weit weg. Vor der Registrierung der ersten Gravitationswellen im vorletzten Jahr war es sehr schwierig, Spuren eines solchen Ereignisses zu finden.
Am 17. August 2017 verzeichneten Astronomen Raum-Zeit-Schwankungen von 100 Sekunden. Sie vermuteten sofort, dass es passierte, als sich zwei Neutronensterne näherten und verschmolzen. Zum ersten Mal besteht die Möglichkeit, alte Hypothesen zu beweisen!
Gravitationswellen sind jedoch nicht alle. Ja, die vom amerikanischen LIGO-Detektor aufgezeichnete GW170817-Welle (die übrigens nach dem in den 1950er Jahren in der UdSSR vorgeschlagenen Schema gebaut wurde) zeigte, dass diesmal Körper mit 1,1-1,6 Sonnenmassen verschmolzen. Welches ist zu klein für schwarze Löcher. Andererseits ist dies genau der Massenbereich, den Neutronensterne haben können. Wie kann man jedoch verstehen, ob dort Gold, Uran und andere Elemente mit unklarem Ursprung gebildet wurden?
Hierzu wurden Teleskope und Spektrometer von mehr als 70 Observatorien weltweit eingesetzt. Sie sahen sowohl Gammastrahlung vom Zerfall schwerer radioaktiver Elemente als auch spektrale Spuren von Cäsium, Tellur, Platin, Gold und anderen Elementen. Noch wichtiger war, dass sie einen Kilonova-Blitz sahen. Dies ist der Name für einen Ausbruch in "tausend neuen" Sternen, der gleichzeitig schwächer ist als eine Supernova. Bisher wurden sie nur durch Teleskope gesehen. Und obwohl es Hinweise darauf gab, dass dies die Fusion zweier Neutronensterne ist, war es unmöglich, dies vor der Registrierung der Gravitationswelle GW170817 zu überprüfen.
Es wird mehr Gold benötigt, mein Herr
Es ist gut, Spuren von Schwermetallen zu beobachten. Aber es wäre viel besser, mehr daraus zu machen und sich nicht auf die aktuelle Entdeckung zu beschränken. Es ist großartig, dass die Menschheit jetzt LIGO hat und die Möglichkeit hat, mithilfe von Gravitationswellen weiter nach Kilonova zu suchen.
Der Punkt ist, dass bis wir die Häufigkeit solcher Fusionen verstehen, unklar sein wird, wie viel der schweren Elemente aus Neutronensternen stammen. Außerdem ist die Fusion ein gefährliches Ereignis. Wenn ein hyperdenses Objekt mit einem Durchmesser von Perm auf ein anderes fällt, wird die Bildung schwerer Elemente von einem starken Gammablitz begleitet. Astronomen werfen seit langem die Frage auf, ob ein solches Ereignis mit seiner Gammastrahlung die Erde sterilisieren kann. Zumindest wenn es sehr nahe kommt und unser Planet "im Fokus" des Ausbruchs ist. Einige Forscher glauben, dass dies bereits geschehen ist, weshalb es auf dem Planeten Massensterben gegeben hat. Um zu verstehen, wie ernst die Bedrohung ist und ob es notwendig ist, sie zu bekämpfen, wäre es eine gute Idee, zuerst herauszufinden, wie oft solche mörderischen "Goldfabriken" ausbrechen.
ALEXANDER BEREZIN
