Две нейтронные звезды сошлись воедино и потрясли Вселенную, вызвав эпический взрыв под названием «килонова», который выплеснул много сверхплотного, ультратонкого материала в космос. Астрономы сообщили о наиболее убедительных доказательствах того, что после этого взрыва образовался элемент недостающего звена, который мог бы помочь объяснить некоторую запутанную химию вселенной.
Когда это потрясение - рябь в самой ткани пространства-времени, называемой гравитационными волнами, - достигло Земли в 2017 году, оно вызвало детекторы гравитационных волн и стало первым столкновением нейтронных звезд, которое когда-либо было обнаружено. Телескопы по всему миру развернулись, Изучите свет полученного килонова. Теперь данные этих телескопов выявили убедительные доказательства вихревого движения стронция в изгнанном веществе, тяжелом элементе с космической историей, который было трудно объяснить, учитывая все остальное, что астрономы знают о Вселенной.
Земля и космос усеяны химическими элементами разных видов. Некоторые из них легко объяснить; водород, состоящий в простейшей форме из одного протона, существовал вскоре после Большого взрыва, когда начали образовываться субатомные частицы. Гелий с двумя протонами также довольно легко объяснить. Наше солнце производит это все время, разбивая атомы водорода посредством ядерного синтеза в своем горячем, плотном животе. Но более тяжелые элементы, такие как стронций, объяснить сложнее. Долгое время физики считали, что эти здоровенные элементы в основном образуются во время сверхновых - как килонова, но в меньших масштабах и в результате взрыва массивных звезд в конце их жизни. Но стало ясно, что одни сверхновые не могут объяснить, сколько тяжелых элементов находится во вселенной.
Стронций, возникший после этого первого обнаруженного столкновения нейтронной звезды, может помочь подтвердить альтернативную теорию, согласно которой эти столкновения между гораздо меньшими ультраплотными объектами на самом деле производят большинство тяжелых элементов, которые мы находим на Земле.
Физике не нужны сверхновые или слияния нейтронных звезд, чтобы объяснить каждый крупный атом вокруг. Наше солнце относительно молодое и светлое, поэтому оно в основном сливает водород в гелий. По словам НАСА, более крупные, более старые звезды могут соединять в себе элементы, такие тяжелые, как железо, с 26 протонами. Однако ни одна звезда не становится горячей или достаточно плотной до последних моментов своей жизни, чтобы производить какие-либо элементы между 27-протонным кобальтом и 92-протонным ураном.
И все же, мы постоянно находим более тяжелые элементы на Земле, как отметили пара физиков в статье, опубликованной в журнале Nature в 2018 году. Итак, загадка.
Около половины этих сверхтяжелых элементов, в том числе стронций, образуются в процессе, называемом «быстрый захват нейтронов» или «r-процесс» - серией ядерных реакций, которые происходят в экстремальных условиях и могут образовывать атомы с нагруженными плотными ядрами. с протонами и нейтронами. Но ученым еще предстоит выяснить, какие системы во вселенной достаточно экстремальны, чтобы производить огромное количество элементов r-процесса, видимых в нашем мире.
Некоторые предположили, что сверхновые были виновником. «До недавнего времени астрофизики осторожно заявляли, что изотопы, образующиеся в событиях r-процесса, происходят главным образом из сверхновых звезд коллапса ядра», - писали авторы Nature в 2018 году.
Вот как эта идея сверхновой будет работать: детонирующие, умирающие звезды создают температуры и давления сверх всего, что они производили в жизни, и выплескивают сложные материалы во вселенную короткими, сильными вспышками. Это часть истории, которую Карл Саган рассказывал в 1980-х годах, когда он сказал, что мы все сделаны из «звездных вещей».
Недавние теоретические работы, согласно авторам этой статьи Nature в 2018 году, показали, что сверхновые могут не производить достаточно материалов r-процесса, чтобы объяснить их преобладание во вселенной.
Введите нейтронные звезды. Сверхплотные трупы, оставшиеся после некоторых сверхновых (превзойденные только черными дырами по массе на кубический дюйм), крошечные в звездном выражении, близкие по размеру к американским городам. Но они могут перевесить звезды в натуральную величину. Когда они ударяются друг о друга, результирующие взрывы сотрясают ткань пространства-времени сильнее, чем любое другое событие, кроме столкновения черных дыр.
И в этих яростных слияниях астрономы начали подозревать, что может сформироваться достаточно элементов r-процесса, чтобы объяснить их количество.
Ранние исследования света от столкновения 2017 года показали, что эта теория верна. Астрономы увидели доказательства наличия золота и урана в том, как свет проникал сквозь материал взрыва, как в то время сообщала «Живая наука», но данные все еще были туманными.
Новая статья, опубликованная вчера (23 октября) в журнале «Природа», предлагает самое точное подтверждение этих ранних сообщений.
«На самом деле мы пришли к мысли, что мы можем увидеть стронций довольно быстро после этого события. Однако показать, что это наглядно, оказалось, что дело оказалось очень трудным», - пишет автор исследования Джонатан Селсинг, астроном из Копенгагенского университета. сказано в заявлении.
В то время астрономы не были точно уверены, как будут выглядеть тяжелые элементы в космосе. Но они повторно проанализировали данные за 2017 год. И на этот раз, если уделить больше времени работе над проблемой, они нашли «сильную особенность» в свете, исходящем от килонова, указывающего прямо на стронций, - подпись r-процесса и свидетельство того, что другие элементы, вероятно, образовались там как хорошо, они написали в своей газете.
Со временем часть материала из этой килоновы, вероятно, попадет в галактику и, возможно, станет частью других звезд или планет, сказали они. Возможно, в конечном итоге это заставит будущих физиков-инопланетян взглянуть в небо и задуматься, откуда взялись все эти тяжелые вещи в их мире.
