Как Вселената създава злато

Илюстрация на горещ, плътен, разширяващ се облак от отломки, извадени от неутронните звезди, точно преди те да се сблъскат. Изображение чрез Центъра за космически полети на Годард на НАСА / CI.

Дънкан Браун, университета в Сиракуза и Едо Бергер, Харвардския университет

В продължение на хиляди години хората търсят начин да превърнат материята в злато. Древните алхимици считали този скъпоценен метал за най-висшата форма на материята. С напредването на човешкото познание мистичните аспекти на алхимията отстъпиха на науките, които познаваме днес. И въпреки това, с всичките си постижения в науката и технологиите, историята на произхода на златото остана неизвестна. Досега.

И накрая, учените знаят как Вселената прави злато. Използвайки нашите най-модерни телескопи и детектори, видяхме, че той е създаден в космическия огън на двете сблъскващи се звезди, открити за първи път от LIGO чрез гравитационната вълна, която излъчват.

Електромагнитното излъчване, улавено от GW170817, сега потвърждава, че елементите, по-тежки от желязото, се синтезират вследствие на сблъсъците с неутронни звезди. Изображение чрез Дженифър Джонсън / SDSS.

Произход на нашите елементи

Учените успяха да се съберат, откъдето идват много от елементите на периодичната таблица. Големият взрив създаде водород, най-лекият и изобилен елемент. Докато звездите блестят, те сливат водорода в по-тежки елементи като въглерод и кислород, елементи на живота. В умиращите си години звездите създават общите метали - алуминий и желязо - и ги взривяват в космоса при различни видове експлозии на свръхнови.

От десетилетия учените теоретизират, че тези звездни експлозии обясняват и произхода на най-тежките и редки елементи, като златото. Но те липсваха част от историята. Завързва се върху обекта, оставен след смъртта на масивна звезда: неутронна звезда. Нейтронните звезди опаковат една и половина пъти масата на слънцето в топка само 10 мили. Една чаена лъжичка материал от повърхността им ще тежи 10 милиона тона.

Много звезди във Вселената са в двоични системи - две звезди, обвързани от гравитацията и орбитират една около друга (помислете, че слънцето на родната планета на Лука в „Междузвездни войни“). Двойка масивни звезди може в крайна сметка да сложи край на живота си като двойка неутронни звезди. Неутронните звезди обикалят около една стотици милиони години. Но Айнщайн казва, че танцът им не може да продължи вечно. В крайна сметка те трябва да се сблъскат.

Масов сблъсък, открит множество начини

На сутринта на 17 август 2017 г. пулсация в космоса премина през нашата планета. Той бе открит от гравитационните детектори LIGO и Дева. Това космическо смущение идвало от двойка неутронни звезди с размер на града, сблъскващи се с една трета от скоростта на светлината. Енергията на този сблъсък надмина всяка лаборатория за разбиване на атоми на Земята.

Чувайки за сблъсъка, астрономите по света, включително и нас, скочиха в действие. Телескопи големи и малки сканираха петна на небето, откъдето идват гравитационните вълни. Дванадесет часа по-късно три телескопа видяха чисто нова звезда - наречена килонова - в галактика, наречена NGC 4993, на около 130 милиона светлинни години от Земята.

Астрономите бяха уловили светлината от космическия огън на сблъскащите се неутронни звезди. Време беше да насочите най-големите и най-добрите телескопи в света към новата звезда, за да видите видимата и инфрачервена светлина от последствията от сблъсъка. В Чили телескопът „Близнаци“ завъртя голямото си 26-футово огледало към килонова. НАСА насочи Хъбъл към същото място.

Филм на видимата светлина от киноновата, избледняла в галактиката NGC 4993, на 130 милиона светлинни години от Земята.

Точно като жарките на интензивен огън стават студени и замъглени, последвалото сияние на този космически огън бързо избледнява. След дни видимата светлина избледня, оставяйки след себе си топъл инфрачервен блясък, който в крайна сметка също изчезна.

Наблюдаване на вселената коване на злато

Но в тази избледняла светлина беше закодиран отговорът на вековния въпрос как се прави златото.

Изгрейте слънчевата светлина през призмата и ще видите нашия слънчев спектър цветовете на дъгата се разпространяват от синя светлина с къса дължина на вълната до червена светлина с дължина на вълната. Този спектър съдържа пръстовите отпечатъци на обвързаните и изковани на слънце елементи. Всеки елемент е белязан от уникален пръстов отпечатък от линии в спектъра, отразяващи различната структура на атома.

Спектърът на килонова съдържаше пръстовите отпечатъци на най-тежките елементи във Вселената. Нейната светлина носеше сигналния знак на материала на неутронната звезда, разпадащ се в платина, злато и други така наречени r-process елементи.

Видим и инфрачервен спектър на килонова. Широките върхове и долини в спектъра са пръстовите отпечатъци на създаването на тежки елементи. Изображение чрез Мат Никол.

За първи път хората са виждали алхимия в действие, като Вселената е превърнала материята в злато. И не само малко количество: Този един сблъсък създаде най-малко 10 Земя на стойност злато. Може би носите малко златни или платинени бижута в момента. Обърнете внимание. Този метал е създаден при атомния огън при сблъсък на неутронна звезда в нашата собствена галактика преди милиарди години сблъсък точно като този, видян на 17 август.

И какво от златото, произведено при този сблъсък? Тя ще бъде издухана в Космоса и смесена с прах и газ от приемащата си галактика. Може би един ден тя ще бъде част от нова планета, чиито обитатели ще предприемат хилядолетен стремеж да разберат нейния произход.

Дънкан Браун, професор по физика, Сиракузския университет и Едо Бергер, професор по астрономия, Харвардски университет

Тази статия първоначално е публикувана в The Conversation. Прочетете оригиналната статия.