Вселенная довольно хорошо умеет складывать вещи воедино. Соударяются всевозможные вещи - звезды, черные дыры и сверхплотные объекты, называемые нейтронными звездами.
И когда это делают нейтронные звезды, столкновения высвобождают поток элементов, необходимых для жизни.
Давайте исследуем, как астрономы использовали едва заметную рябь в ткани пространства-времени, чтобы подтвердить, что сталкивающиеся нейтронные звезды делают жизнь такой, какой мы ее знаем.
Почти все сталкивалось в тот или иной момент в истории Вселенной, поэтому астрономы давно пришли к выводу, что нейтронные звезды - сверхплотные объекты, рожденные в результате взрывной смерти больших звезд, - тоже сталкивались друг с другом. Но примерно десять лет назад астрономы поняли, что столкновение нейтронных звезд будет особенно интересным.
Во-первых, столкновение нейтронной звезды прошло бы со вспышкой. Это было бы не так ярко, как типичная сверхновая, когда взрываются большие звезды. Но астрономы предсказали, что взрыв, вызванный столкновением нейтронной звезды, будет примерно в тысячу раз ярче, чем типичная новая звезда, поэтому они назвали ее килоновой - и название прижилось.
Как следует из названия, нейтронные звезды состоят из большого количества нейтронов. И когда вы помещаете кучу нейтронов в высокоэнергетическую среду, они начинают объединяться, трансформироваться, расщепляться и совершать всевозможные другие дикие ядерные реакции.
Рождение элементов
Со всеми летающими и объединяющимися друг с другом нейтронами и всей энергией, необходимой для ядерных реакций, килоновы несут ответственность за производство огромного количества тяжелых элементов, включая золото, серебро и ксенон. Вместе со своими родственниками, сверхновыми звездами, килоновы заполняют таблицу Менделеева и генерируют все элементы, необходимые для создания на скалистых планетах живых организмов.
В 2017 году астрономы засвидетельствовали свою первую килонову. Событие произошло примерно в 140 миллионах световых лет от Земли и впервые было объявлено появлением определенной модели гравитационных волн или ряби в пространстве-времени, омывающих Землю.
Эти гравитационные волны были обнаружены обсерваторией гравитационных волн с лазерным интерферометром (LIGO) и обсерваторией Virgo, которые немедленно уведомили астрономическое сообщество о том, что они видели отчетливую рябь в пространстве-времени, которая могла означать только столкновение двух нейтронных звезд. Менее чем через 2 секунды космический гамма-телескоп Ферми обнаружил гамма-всплеск - короткую яркую вспышку гамма-излучения.
За этим последовал шквал научного интереса, когда астрономы по всему миру направили свои телескопы, антенны и орбитальные обсерватории на изучение явления килоновой звезды, сканируя его на каждой длине волны электромагнитного спектра. В общей сложности около одной трети всего астрономического сообщества во всем мире участвовало в этих событиях. Это было, пожалуй, наиболее широко описываемое астрономическое событие в истории человечества: в течение первых двух месяцев появилось более 100 статей на эту тему.
Килонова была предсказана давно, но, учитывая частоту появления 1 раз в 100 000 лет в галактике, астрономы не ожидали увидеть ее так скоро. Для сравнения, сверхновые звезды возникают раз в несколько десятилетий в каждой галактике.
А добавление сигналов гравитационных волн дало беспрецедентную возможность заглянуть внутрь самого события. Между гравитационными волнами и традиционными электромагнитными наблюдениями астрономы получили полную картину с момента начала слияния.
Одна только эта килонова произвела 100 объемов нашей планеты чистых твердых драгоценных металлов, что подтверждает, что эти взрывы отлично подходят для создания тяжелых элементов.
Короче говоря, золото в ваших украшениях было выковано из двух нейтронных звезд, которые столкнулись задолго до рождения Солнечной системы.
Смерть модифицированной гравитации
Но это не единственная причина, по которой наблюдения килоновой были настолько увлекательными. Общая теория относительности Альберта Эйнштейна предсказала, что гравитационные волны распространяются со скоростью света. Но астрономы уже давно пытаются разработать расширения и модификации общей теории относительности, и подавляющее большинство этих расширений и модификаций предсказывают разные скорости гравитационных волн.
Вселенная дала нам идеальное место для проверки этого единственного события килоновой. Сигнал гравитационной волны и сигнал гамма-всплеска от килоновой прибыли с разницей в 1,7 секунды. Но это было после того, как они пролетели более 225 миллионов километров. Чтобы прибыть на Землю одновременно после такого длительного путешествия, гравитационные и электромагнитные волны должны были бы пройти с одной и той же скоростью до одной части на миллион миллиардов.
Это единственное измерение было в миллиард раз точнее, чем любое предыдущее наблюдение, и, таким образом, уничтожило подавляющее большинство модифицированных теорий гравитации.
Неудивительно, что треть астрономов во всем мире сочли это интересным.
По информации https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20210927163110
