Как столкновения нейтронных звезд затопили Землю золотом и другими драгоценными металлами

Вселенная довольно хорошо разбирает вещи воедино. Столкновения всевозможных вещей — звезд, черных дыр и сверхплотных объектов, называемых нейтронными звездами.

И когда это делают нейтронные звезды, столкновения высвобождают поток элементов, необходимых для жизни. Давайте исследуем, как астрономы использовали тонкую рябь в ткани пространства-времени, чтобы подтвердить, что сталкивающиеся нейтронные звезды создают такую жизнь, какой мы ее знаем.

Практически все сталкивалось в тот или иной момент в истории Вселенной, поэтому астрономы давно полагали, что нейтронные звезды — сверхплотные объекты, рожденные в результате взрывной смерти больших звезд — тоже сталкиваются друг с другом.

Но примерно десять лет назад астрономы поняли, что столкновение нейтронных звезд будет особенно интересным. Во-первых, при столкновении нейтронной звезды произойдет вспышка. Она не будет такой яркой, как типичная сверхновая, которая случается при взрыве крупных звезд.

Но астрономы предсказали, что взрыв, вызванный столкновением нейтронной звезды, будет примерно в тысячу раз ярче, чем обычная новая звезда, поэтому они окрестили ее килоновой — и название прижилось.

Как следует из названия, нейтронные звезды состоят из множества нейтронов. А когда вы помещаете кучу нейтронов в высокоэнергетическую среду, они начинают объединяться, трансформироваться, дробиться и совершать множество других диких ядерных реакций.

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 кузенами, сверхновыми звездами, килоновы заполняют периодическую таблицу 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 Дева, 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 натренировали свои телескопы, антенны и орбитальные обсерватории на явление 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 усилиях. 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 на Землю более 100 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 он проехал более 140 миллионов миль (225 миллионов километров).

Чтобы прибыть на Землю так близко друг к другу в течение такого длительного путешествия, гравитационные и электромагнитные волны должны были бы пройти с одинаковой 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.