Cómo los astrónomos abrieron fábricas espaciales para producir oro y combustible nuclear
¿Qué son las ondas gravitacionales?
Como ya escribimos, las ondas gravitacionales son ondas del espacio-tiempo que ocurren cuando dos cuerpos superdensos comienzan a acelerar uno al lado del otro. Imagínese un lienzo estirado, sobre el que se lanza una bola de acero; empujará ligeramente el lienzo. Si ponemos una segunda bola a su lado, también empujará la lona. Pero si comenzamos a mover rápidamente las bolas en espiral, más cerca unas de otras, entonces los lugares "presionados" comenzarán a superponerse entre sí y la tela formará ondas. Algo parecido ocurre en el espacio.
norte
Las ondas se debilitan bruscamente con la distancia a la fuente. De esto se deduce que generalmente son muy difíciles de detectar. La aceleración mutua de dos cuerpos supermasivos ocurre solo antes de fusionarse. Y los agujeros negros rara vez se fusionan. Las estrellas de neutrones, otro candidato para fusiones y adquisiciones, pueden hacer esto con más frecuencia, pero son docenas de veces más ligeras. Es decir, es posible "ver" tal evento sólo a distancias mucho más pequeñas que para los agujeros negros.
Todo el mundo habla de ondas gravitacionales y fusión de estrellas de neutrones.
Estrellas de neutrones: fábricas espaciales de oro y uranio
Video promocional:
Además, la observación de fusiones de tales estrellas es extremadamente importante. Los astrofísicos han calculado durante mucho tiempo que sin ese proceso, la imagen del Universo circundante "no cuadra". Tomemos nuestro planeta o nuestro sistema solar: tenemos cantidades relativamente grandes de oro, platino, iridio y uranio. Esto es bueno para joyeros y científicos nucleares, pero contradice por completo todos los cálculos de cómo deberían formarse tales elementos pesados. Las estrellas como el Sol casi no "producen" nada más pesado que el carbono: su masa es demasiado pequeña, la presión en el centro también es relativamente baja y la fusión de los núcleos de tales átomos en el centro de nuestra estrella no se produce.
También hay supernovas. Son estrellas masivas que explotan al final de su vida. Pero no deberían dar demasiados elementos pesados. Para obtener una gran cantidad de uranio u oro, es necesario que más neutrones libres "vuelen" al núcleo de un átomo más ligero, y muy rápidamente, porque de lo contrario, el núcleo se descompondrá antes de acumular la cantidad requerida de neutrones con los que puede existir durante mucho tiempo. Y el proceso de reclutamiento de neutrones en explosiones de supernovas (proceso-s), por suerte, es demasiado lento.
Por tanto, se propuso una hipótesis para los denominados procesos r, o una colección rápida de neutrones por núcleos atómicos. El problema es que necesita muchos neutrones libres alrededor de los átomos. El mejor candidato para esto es una estrella de neutrones. Su diámetro suele ser menor que la longitud de una ciudad rusa promedio, pero su masa es mayor que la del Sol. Por lo tanto, hay una densidad de materia monstruosa, y el campo gravitacional es 200 mil millones de veces más fuerte que el de la Tierra y siete mil millones de veces más fuerte que en la superficie del Sol.
Los agujeros negros rara vez se fusionan
Debido a tal gravedad, los átomos se "aplanan" entre sí, y parte de los neutrones "salen volando" de ellos. Si dos estrellas de neutrones chocan, los núcleos atómicos comenzarán a mezclarse activamente con los neutrones a una presión y temperatura tremendas. Y esto es exactamente lo que se necesita para la formación de oro, platino, uranio y otros cesio. Se cree que así surgió aproximadamente la mitad de todos los elementos más pesados que el hierro que nos rodea. ¡Sí, sí, el anillo de bodas en tu dedo lleva la sustancia de la fusión de un par de estrellas de neutrones!
norte
Ondas gravitacionales como artillero. Telescopio como buscador de oro
Era una gran hipótesis, pero tenía un inconveniente: las estrellas de neutrones son muy "oscuras". Cuando tienes una gravedad 200 mil millones más poderosa que la de la Tierra, los fotones tienen dificultades para salir de la superficie. Están prácticamente extintos, su radiación en el rango visible no es muy fuerte. Las estrellas de neutrones son difíciles de ver en cientos de años luz. Y las fusiones no ocurren con tanta frecuencia, y la mayoría están bastante lejos. Antes del registro de las primeras ondas gravitacionales del año anterior al pasado, era muy difícil encontrar rastros de tal evento.
El 17 de agosto de 2017, los astrónomos registraron fluctuaciones en el espacio-tiempo que duraron 100 segundos. Inmediatamente sospecharon que sucedió cuando dos estrellas de neutrones se acercaron y se fusionaron. ¡Por primera vez existe la oportunidad de probar viejas hipótesis!
Sin embargo, las ondas gravitacionales no lo son todo. Sí, la onda GW170817 registrada por el detector estadounidense LIGO (construido, por cierto, según el esquema propuesto en la URSS allá por la década de 1950) mostró que esta vez se fusionaron cuerpos de 1,1-1,6 masas solares. Que es demasiado pequeño para los agujeros negros. Pero, por otro lado, este es exactamente el rango de masa que pueden tener las estrellas de neutrones. Sin embargo, ¿cómo entender si allí se formaron oro, uranio y otros elementos de origen poco claro?
Para ello se utilizaron telescopios y espectrómetros de más de 70 observatorios de todo el mundo. Vieron tanto radiación gamma de la desintegración de elementos radiactivos pesados como rastros espectrales de cesio, telurio, platino, oro y otros elementos. Más importante aún, vieron un destello de kilonova. Este es el nombre de un estallido en "mil nuevas" estrellas, que, al mismo tiempo, es más débil que una supernova. Hasta ahora, solo se han visto a través de telescopios. Y aunque hubo sugerencias de que se trata de la fusión de dos estrellas de neutrones, fue imposible verificarlo antes del registro de la onda gravitacional GW170817.
Se necesita más oro, mi señor
Es bueno observar rastros de metales pesados. Pero sería mucho mejor hacer más de ellos, no limitarse al descubrimiento actual. Es genial que ahora la humanidad tenga LIGO y la capacidad de buscar más kilonova utilizando ondas gravitacionales.
El punto es que hasta que comprendamos la frecuencia de tales fusiones, no estará claro cuántos elementos pesados se originaron en las estrellas de neutrones. Además, la fusión es un evento peligroso. Cuando un objeto hiperdenso con un diámetro de Perm cae sobre otro, la formación de elementos pesados va acompañada de un potente destello gamma. Los astrónomos llevan mucho tiempo planteando la cuestión de que tal evento con su radiación gamma puede esterilizar la Tierra. Al menos si ocurre muy cerca y nuestro planeta está "en foco" del brote. Algunos investigadores creen que esto ya sucedió, razón por la cual se han producido extinciones masivas en el planeta. Para comprender la gravedad de la amenaza y si es necesario combatirla, sería una buena idea averiguar primero con qué frecuencia estallan esas "fábricas de oro" asesinas.
ALEXANDER BEREZIN
