Реклама

колосален сблъсък създава екзотични елементи и гравитационни вълни в недрата
Мисия: Hubble Space Telescope


Колосален сблъсък създава екзотични елементи и гравитационни вълни

В недрата на обикновените звезди се синтезират всички химически елементи с периодичен номер до желязото. Но за да се синтезират злато, уран, олово и всички елементи над желязото трябва нещо повече от вътрешност на нормална звезда като Слънцето. Тези химически елементи се нуждаят от много повече енергия, всъщност при създаването им се поглъща ядрена енергия за разлика от леките елементи при които се отделя. Един от начините за синтез е, когато настъпи звездна експлозия. Тогава, в катаклизмът, се ражда всичко от Менделеевата таблица заедно с изотопите. Другият начин е, когато се сблъскат две неутронни звезди.
Увеличаване На 17 август 2017 г. лазерната интерферометърна гравитационно-вълновата обсерватория "LIGO" засича гравитационни вълни причинени от сблъсък между две неутронни звезди. По късно, Хъбъл е успял да установи, че източникът е в галактиката "NGC 4993" показан на снимката от телескопа. Освен това, Хъбъл е наблюдавал как обектът постепенно избледнява в продължение на 6 дни до 28 август. Credits NASA and ESA



На пръв поглед, сблъсък между две неутронни звезди изглежда много слабо вероятен но във Вселената изглежда че не е така. Неутронните звезди са остатъци от саморазрушили се масивни звезди, които може да са били в доста често срещани бинарни звездни системи.

Когато се родят, двойката неутронни звезди постепенно се приближават една до друга при който процес губят гравитационна енергия. Теоретично, тази загуба се изразява в генериране на гравитационни вълни и точно преди да се слеят, вълните трябва да са най-енергични. Това са наблюдавали астрономите. Първият сигнал за гравитационна вълна причинена от сливане на неутронни звезди е открит на 17 август, 2017 год. Той е придружен с мощен изблик на гама лъчи и друг вид емисии, които казват на учените че за първи път става въпрос за истински гравитационни вълни.

Събитие от подобен ранг е интересно за всички обсерватории. Като начало, Хъбъл е фотографирал обекта или светлината излъчена от него, поставяйки го в галактиката "NGC 4993" отстояща на 130 милиона светлинни години от нас в съзвездието Хидра. Хъбъл също е придобил инфрачервен спектър, който може да съдържа признаци на екзотични радиоактивни елементи но анализът ще продължи за да се потвърдят окончателно.

Най-напред, гама-лъчевата обсерватория "Ферми" засича мощен взрив от гама-лъчева светлина, което веднага е алармирало астрономите по целия свят за събитие което може да носи и гравитационни вълни. И чудото става, учените работещи с лазерния интерферометър "LIGO" са открили гравитационни вълни дублирани с избухването и носещи подписа от сблъсък на неутронни звезди. Малко след това, сблъсъкът е регистриран и от "Интеграл" - сателит на ЕКА.

"Шифт", "Хъбъл", "Чандра", и "Спицер", заедно с още десетки наземни обсерватории са заловили по-късно постепенно гаснещата светлина на разширяващите се отломки от взрива. Общите данни според учените са много вълнуващи. За първи път се вижда източник не само на светлина но и на гравитационни вълни, което става само с общото усилие на най-мощните обсерватории.

Двойката слели се звезди, вероятно са с маси между 10 и 60% по-големи от масата на нашето Слънце, но техните размери са колкото на един голям град. Екзотичната двойка преди да се прегърне се е въртяла около общия си гравитационен център стотици пъти в секунда като е генерирала гравитационни вълни със същата честота. Звездите в крайна сметка са се разкъсали и слели, като са предизвикали титанов изблик в гама-лъчи. Това рядко събитие се нарича "килонова".

Сблъсъците на неутронни звезди произвеждат голямо разнообразие от светлина. Това е така, защото преди да се слеят около тях се образува огромен водовъртеж от горещи отломки, които също светят. Астрономите вече са засичали сливания на черни дупки, но те са доста по-скучни защото черните дупки изсмукват всичко около тях и не се разкъсват при сливането.

Най-главния изблик от гама лъчи, засечен от Ферми, се излъчва от струя изхвърлена материя движеща се със скорост близка до светлинната. В рамките на часове, след видяното от Ферми, двата детектора за гравитационни вълни "LIGO" и "Дева", последният е разположен близо до Пиза, Италия, значително подобряват позицията на събитието на небето като източник на гравитационни вълни. Наземните обсерватории също бързо откриват нов оптичен и инфрачервен източник, след което на всички става ясно че наблюдават килонова в NGC 4993.

За Ферми това изглежда като типично кратко гама-лъчево избухване, но то е значително по-слабо от обичайните, които се появяват на много по-големи разстояния. "Swift" се обърнал към галактиката малко след откритието от Ферми и е видял светъл и бързо изчезващ ултравиолетов източник. Това е нетипично за килоновите и най-вероятно тази нискоенергийна радиация идва от краткотрайния диск от отломки, който също излъчва и гама-лъчи.

С течение на времето, материалът изхвърлен от струите се забавя и разширява докато се забива в междузвездния материал. Тогава се излъчват така наречените следгазови емисии, най-вече рентгенови лъчи. Но рентгенови лъчи в момента на изблика не са открити, което е изненадата.

"Чандра" ясно открива рентгенови лъчи чак девет дни след засичането на източника. Учените смятат, че забавянето е било резултат от нашия ъгъл на наблюдение и че е нужно време струята насочена към Земята, да се разшири в нашата линия на зрение.

На 22 август, пет дни след избухването, Хъбъл започва да визуализира килоновата и улавя движението и химическия състав на разширяващите се отломки. Спектърът изглежда точно както теоретичните физици предсказват за сливане на две неутронни звезди.

Астрономите смятат, че видимата и инфрачервената светлина произлиза предимно от нагряването и от разпадането на радиоактивни елементи, образувани в богатите на неутрони отломки. Разрушилите се неутронни звезди може да са доминиращия източник във Вселената за много от най-тежките елементи, включително платина и злато.

Поради своята орбита Спицър е бил уникално разположен и е наблюдавал килоновата дълго след като Слънцето се премества твърде близо до галактиката и пречи да се наблюдава от други телескопи. В резултат на това, телескопът прави най-дълги инфрачервени експозиции, като разкрива количеството тежки елементи които са синтезирани. Всъщност този телескоп е последния, който се е присъединил към партито но ще има последната дума за това колко злато е синтезирано.

Засичането на гравитационни вълни обаче не е шега работа. Това са миниатюрни разриви в пространството и времето, които се изразяват в съвсем слаби скъсявания или удължавания на дължините и секундите. Например ако вземем едно тяло с дължина точно един метър, в обикновени условия неговата дължина ще е точно един метър. Но когато го поставим в пространство през което преминават гравитационни вълни, неговата дължина ще започне да се скъсява или увеличава в синхрон с падовете и пиковете на вълната.

Но тези ефекти са толкова малки, че учените са успели да уловят гравитационни вълни за пръв път чак през 2015 г. със специалния детектор "LIGO" за което получиха нобелова награда.

Сега, на 17 август 2017 г. същия детектор е уловил преминаване на гравитационни вълни през Земята. За разлика от откритите преди това тези вълни са придружени от светлина, позволяваща на астрономите да посочат източника.

Невероятното е, че двете неутронни звезди в NGC 4993 са се въртели една около друга със заслепяваща скорост. Докато са се приближавали, те са се завъртали още по-бързо, достигайки скорост колкото перката на обикновен миксер накрая. Тази скорост и мощните приливни сили са откъснали отломки от звездите докато останалото се е сблъскало и се е сляло образувайки нова неутронна звезда или черна дупка, още не е ясно. Остатъците бързо са се разлетели в космоса. Освободени от натиска на смачкването, неутроните в тези останки бързо се обръщат обратно в протони и електрони, образувайки различни химически елементи по-тежки от желязото.

Всъщност учените смята че по този начин се образуват най-тежките химически елементи като златото или плутония, които изискват най-много енергия за синтеза си. Доказателства за това са получените спектри от Хъбъл, които ясно показват образуването на някои от най-тежките елементи в природата. Нещо повече, спектърът показва наличието на всички видове необичайни изотопи, които са съвсем краткотрайни и претърпяват радиоактивно разпадане.

Позицията на източникът на гравитационните вълни до скоро е била твърде близо до Слънцето на небето, което не позволява да се наблюдава. Но през ноември се е появил отново и астрономите вече са впрегнали отново флотилията от обсерватории за да научат всичко възможно за това уникално събитие.

  • 546
  • 0
  • Dec 1, 2017

Коментар
Подобни публикации