Come gli astronomi hanno aperto fabbriche spaziali per produrre oro e combustibile nucleare
Cosa sono le onde gravitazionali?
Come abbiamo già scritto, le onde gravitazionali sono increspature dello spazio-tempo che si verificano quando due corpi superdensi iniziano ad accelerare uno accanto all'altro. Immagina una tela tesa, sulla quale viene lanciata una palla d'acciaio: spingerà leggermente la tela. Se mettiamo una seconda palla accanto ad essa, spingerà anche la tela. Ma se iniziamo a spostare rapidamente le palline in una spirale, più vicine l'una all'altra, i punti "pressati" inizieranno a sovrapporsi e il tessuto andrà a onde. Qualcosa di simile accade nello spazio.
Le onde si indeboliscono bruscamente con la distanza dalla sorgente. Ne consegue che sono generalmente molto difficili da rilevare. L'accelerazione reciproca di due corpi supermassicci avviene solo prima della fusione. E i buchi neri raramente si fondono. Le stelle di neutroni - un altro candidato per fusioni e acquisizioni - possono farlo più spesso, ma sono dozzine di volte più leggere. Cioè, è possibile "vedere" un tale evento solo a distanze molto inferiori rispetto ai buchi neri.
Tutti intorno parlano di onde gravitazionali e fusione di stelle di neutroni
Stelle di neutroni: fabbriche spaziali di oro e uranio
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Inoltre, l'osservazione delle fusioni di tali stelle è estremamente importante. Gli astrofisici hanno da tempo calcolato che senza un tale processo, l'immagine dell'Universo circostante "non torna indietro". Prendiamo il nostro pianeta o il nostro sistema solare: abbiamo quantità relativamente grandi di oro, platino, iridio e uranio. Questo è positivo per gioiellieri e scienziati nucleari, ma contraddice completamente tutti i calcoli su come dovrebbero essere formati tali elementi pesanti. Stelle come il Sole quasi non "producono" nulla di più pesante del carbonio: la loro massa è troppo piccola, anche la pressione al centro è relativamente bassa e la fusione dei nuclei di tali atomi al centro della nostra stella non funziona.
Ci sono anche supernove. Sono stelle enormi che esplodono alla fine della loro vita. Ma non dovrebbero fornire troppi elementi pesanti. Per ottenere molto uranio o oro, è necessario che più neutroni liberi "volino" nel nucleo di un atomo più leggero - e molto rapidamente, perché altrimenti il nucleo decadrà prima di accumulare il numero richiesto di neutroni con cui può esistere per lungo tempo. E il processo di reclutamento di neutroni nelle esplosioni di supernova (processo s), per fortuna, è troppo lento.
Pertanto, è stata proposta un'ipotesi per i cosiddetti processi r, ovvero una raccolta rapida di neutroni da parte dei nuclei atomici. Il problema è che ha bisogno di molti neutroni liberi intorno agli atomi. Il miglior candidato per questo è una stella di neutroni. Il suo diametro è solitamente inferiore alla lunghezza di una città russa media, ma la sua massa è maggiore di quella del Sole. Pertanto, c'è una densità di materia mostruosa e il campo gravitazionale è 200 miliardi di volte più forte di quello della Terra e sette miliardi di volte più forte che sulla superficie del Sole.
I buchi neri si fondono raramente
Da tale gravità gli atomi si "appiattiscono" a vicenda e parte dei neutroni "volano fuori" da essi. Se due stelle di neutroni si scontrano, i nuclei atomici inizieranno a mescolarsi attivamente con i neutroni a una pressione e una temperatura enormi. E questo è esattamente ciò che è necessario per la formazione di oro, platino, uranio e altro cesio. Si ritiene che sia così che siano nati circa la metà di tutti gli elementi più pesanti del ferro che ci circonda. Sì, sì, l'anello nuziale al dito trasporta la sostanza dalla fusione di una coppia di stelle di neutroni!
Onde gravitazionali come artigliere. Telescopio come cercatore d'oro
Era un'ottima ipotesi, ma aveva un inconveniente: le stelle di neutroni sono molto "scure". Quando hai una gravità 200 miliardi più potente di quella terrestre, i fotoni hanno difficoltà a lasciare la superficie. Sono praticamente estinti, la loro radiazione nel campo visibile non è molto forte. Le stelle di neutroni sono difficili da vedere per centinaia di anni luce. E le fusioni non avvengono così spesso e la maggior parte sono piuttosto lontane. Prima della registrazione delle prime onde gravitazionali l'anno precedente, era molto difficile trovare tracce di un simile evento.
Il 17 agosto 2017, gli astronomi hanno registrato fluttuazioni nello spazio-tempo che sono durate 100 secondi. Hanno immediatamente sospettato che fosse accaduto quando due stelle di neutroni si erano avvicinate e si erano fuse. Per la prima volta c'è l'opportunità di provare vecchie ipotesi!
Tuttavia, le onde gravitazionali non sono tutte. Sì, l'onda GW170817 registrata dal rivelatore americano LIGO (costruito, tra l'altro, secondo lo schema proposto in URSS negli anni '50) ha mostrato che questa volta corpi di 1,1-1,6 masse solari si sono fusi. Che è troppo piccolo per i buchi neri. Ma d'altra parte, questo è esattamente l'intervallo di massa che le stelle di neutroni possono avere. Tuttavia, come capire se lì si sono formati oro, uranio e altri elementi di origine poco chiara?
Per questo sono stati utilizzati telescopi e spettrometri di oltre 70 osservatori in tutto il mondo. Hanno visto sia la radiazione gamma prodotta dal decadimento di elementi radioattivi pesanti sia tracce spettrali di cesio, tellurio, platino, oro e altri elementi. Ancora più importante, hanno visto un lampo di kilonova. Questo è il nome per un'esplosione in "mille nuove" stelle, che, allo stesso tempo, è più debole di una supernova. Fino ad ora sono stati visti solo attraverso i telescopi. E sebbene ci fossero suggerimenti che questa fosse la fusione di due stelle di neutroni, era impossibile verificarlo prima della registrazione dell'onda gravitazionale GW170817.
Serve altro oro, mio signore
L'osservazione delle tracce di metalli pesanti è buona. Ma sarebbe molto meglio farne di più, per non limitarsi alla scoperta attuale. È fantastico che ora l'umanità abbia LIGO e la capacità di cercare ulteriormente la kilonova usando le onde gravitazionali.
Il punto è che fino a quando non avremo compreso la frequenza di tali fusioni, non sarà chiaro quanti degli elementi pesanti abbiano avuto origine nelle stelle di neutroni. Inoltre, la fusione è un evento pericoloso. Quando un oggetto iperdenso con un diametro di Perm cade su un altro, la formazione di elementi pesanti è accompagnata da un potente lampo gamma. Gli astronomi hanno da tempo sollevato la questione che un tale evento con la sua radiazione gamma possa sterilizzare la Terra. Almeno se accade molto vicino e il nostro pianeta è "al centro" dell'epidemia. Alcuni ricercatori ritengono che ciò sia già accaduto, motivo per cui ci sono state estinzioni di massa sul pianeta. Per capire quanto sia grave la minaccia e se sia necessario combatterla, sarebbe una buona idea scoprire prima con che frequenza scoppiano queste "fabbriche d'oro" assassine.
ALEXANDER BEREZIN
