Comment les astronomes ont ouvert des usines spatiales pour produire de l'or et du combustible nucléaire
Que sont les ondes gravitationnelles?
Comme nous l'avons déjà écrit, les ondes gravitationnelles sont des ondulations de l'espace-temps qui se produisent lorsque deux corps superdenses commencent à accélérer l'un à côté de l'autre. Imaginez une toile tendue sur laquelle une bille d'acier est lancée - elle poussera légèrement la toile. Si nous mettons une deuxième balle à côté, elle poussera également la toile. Mais si nous commençons à déplacer rapidement les boules en spirale, plus près les unes des autres, alors les endroits «pressés» commenceront à se chevaucher et le tissu ira par vagues. Quelque chose de similaire se produit dans l'espace.
Les vagues s'affaiblissent fortement avec la distance de la source. Il en découle qu'ils sont généralement très difficiles à détecter. L'accélération mutuelle de deux corps supermassifs ne se produit qu'avant la fusion. Et les trous noirs fusionnent rarement. Les étoiles à neutrons - un autre candidat aux fusions et acquisitions - peuvent le faire plus souvent, mais elles sont des dizaines de fois plus légères. Autrement dit, il n'est possible de «voir» un tel événement qu'à des distances beaucoup plus petites que pour les trous noirs.
Tout le monde parle d'ondes gravitationnelles et de fusion d'étoiles à neutrons
Étoiles à neutrons - usines spatiales d'or et d'uranium
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De plus, l'observation des fusions de ces étoiles est extrêmement importante. Les astrophysiciens ont calculé depuis longtemps que sans un tel processus, l'image de l'Univers environnant «ne s'additionne pas». Prenez notre planète ou notre système solaire - nous avons des quantités relativement importantes d'or, de platine, d'iridium et d'uranium. Ceci est bon pour les bijoutiers et les scientifiques nucléaires, mais contredit complètement tous les calculs sur la façon dont ces éléments lourds devraient être formés. Les étoiles comme le Soleil ne "produisent" presque rien de plus lourd que le carbone - leur masse est trop petite, la pression au centre est également relativement faible et la fusion des noyaux de ces atomes au centre de notre étoile ne se fait pas.
Il existe également des supernovae. Ce sont des étoiles massives qui explosent à la fin de leur vie. Mais ils ne doivent pas donner trop d'éléments lourds. Pour obtenir beaucoup d'uranium ou d'or, il est nécessaire que davantage de neutrons libres «volent» dans le noyau d'un atome plus léger - et très rapidement, car sinon le noyau se désintègre avant d'accumuler le nombre requis de neutrons avec lesquels il peut exister pendant longtemps. Et le processus de recrutement de neutrons dans les explosions de supernova (processus s), comme le veut la chance, est trop lent.
Par conséquent, une hypothèse a été proposée pour les processus dits r, ou une collecte rapide de neutrons par les noyaux atomiques. Le problème est qu'il a besoin de beaucoup de neutrons libres autour des atomes. Le meilleur candidat pour cela est une étoile à neutrons. Son diamètre est généralement inférieur à la longueur d'une ville russe moyenne, mais sa masse est supérieure à celle du Soleil. Par conséquent, il y a une densité monstrueuse de matière et le champ gravitationnel est 200 milliards de fois plus fort que celui de la Terre et sept milliards de fois plus fort qu'à la surface du Soleil.
Les trous noirs fusionnent rarement
A partir d'une telle gravité, les atomes "s'aplatissent" et une partie des neutrons "s'envole". Si deux étoiles à neutrons entrent en collision, les noyaux atomiques commenceront à se mélanger activement aux neutrons à une pression et à une température énormes. Et c'est exactement ce qu'il faut pour la formation d'or, de platine, d'uranium et d'autres césium. On pense que c'est ainsi qu'environ la moitié de tous les éléments plus lourds que le fer qui nous entoure sont apparus. Oui, oui, la bague de mariage à votre doigt porte la substance de la fusion d'une paire d'étoiles à neutrons!
Ondes gravitationnelles en tant qu'artilleur. Télescope comme chercheur d'or
C'était une excellente hypothèse, mais elle avait un inconvénient - les étoiles à neutrons sont très «sombres». Lorsque vous avez une gravité 200 milliards plus puissante que celle de la Terre, les photons ont du mal à quitter la surface. Ils sont pratiquement éteints, leur rayonnement dans le visible n'est pas très fort. Les étoiles à neutrons sont difficiles à voir pendant des centaines d'années-lumière. Et les fusions ne se produisent pas souvent, et la plupart sont assez éloignées. Avant l'enregistrement des premières ondes gravitationnelles l'année dernière, il était très difficile de trouver des traces d'un tel événement.
Le 17 août 2017, les astronomes ont enregistré des fluctuations de l'espace-temps qui ont duré 100 secondes. Ils ont immédiatement soupçonné que cela s'était produit lorsque deux étoiles à neutrons se sont approchées et ont fusionné. Pour la première fois, il est possible de prouver de vieilles hypothèses!
Cependant, les ondes gravitationnelles ne sont pas tout. Oui, l'onde GW170817 enregistrée par le détecteur américain LIGO (construit, soit dit en passant, selon le schéma proposé en URSS dans les années 1950) a montré que cette fois, des corps de 1,1-1,6 masses solaires ont fusionné. Ce qui est trop petit pour les trous noirs. Mais d'un autre côté, c'est exactement la gamme de masse que les étoiles à neutrons peuvent avoir. Cependant, comment comprendre si de l'or, de l'uranium et d'autres éléments d'origine incertaine s'y sont formés?
Pour cela, des télescopes et spectromètres de plus de 70 observatoires à travers le monde ont été utilisés. Ils ont vu à la fois le rayonnement gamma de la désintégration d'éléments radioactifs lourds et des traces spectrales de césium, tellure, platine, or et autres éléments. Plus important encore, ils ont vu un flash kilonova. C'est le nom d'une explosion dans «mille nouvelles» étoiles, qui, en même temps, est plus faible qu'une supernova. Jusqu'à présent, ils n'étaient vus qu'à travers des télescopes. Et bien qu'il y ait eu des suggestions selon lesquelles il s'agit de la fusion de deux étoiles à neutrons, il était impossible de le vérifier avant l'enregistrement de l'onde gravitationnelle GW170817.
Il faut plus d'or, mon seigneur
L'observation des traces de métaux lourds est bonne. Mais il serait bien préférable d'en faire plus, pour ne pas se limiter à la découverte actuelle. C'est formidable que maintenant l'humanité ait LIGO et la capacité de rechercher davantage kilonova en utilisant des ondes gravitationnelles.
Le fait est que tant que nous ne comprendrons pas la fréquence de ces fusions, il sera difficile de savoir quelle proportion des éléments lourds proviennent des étoiles à neutrons. En outre, la fusion est un événement dangereux. Lorsqu'un objet hyperdense d'un diamètre de Perm tombe sur un autre, la formation d'éléments lourds s'accompagne d'un puissant flash gamma. Les astronomes se posent depuis longtemps la question qu'un tel événement avec son rayonnement gamma peut stériliser la Terre. Du moins si cela arrive de très près et que notre planète est «au centre» de l'épidémie. Certains chercheurs pensent que cela s'est déjà produit, c'est pourquoi il y a eu des extinctions massives sur la planète. Pour comprendre la gravité de la menace et s'il est nécessaire de la combattre, ce serait une bonne idée de savoir d'abord à quelle fréquence de telles «usines d'or» meurtrières éclatent.
ALEXANDER BEREZIN
