Sudar neutronskih zvezda – kovnica plemenitih metala univerzuma

Priginalni tekstovi:
LIGO ANNOUNCEMENT: COLLIDING NEUTRON STARS DISCOVERED FOR FIRST TIME, SHEDS LIGHT ON ORIGIN OF GOLD
Astronomers just proved the incredible origin of nearly all gold, platinum, and silver in the universe

Naučnici su u ponedeljak, 9. oktobra 2017. objavili prvo otkriće ove vrste – oslušnuli su odjek sudara dve neutronske zvezde, gigantsku eksploziju materije, na nekih 130 miliona svetlosnih godina od Zemlje.

Naučnici su u ponedeljak, 9. oktobra 2017. objavili prvo otkriće ove vrste – oslušnuli su odjek sudara dve neutronske zvezde, gigantsku eksploziju materije, na nekih 130 miliona svetlosnih godina od Zemlje. Naučnici su takođe potvrdili da se iz tih sudara mogu dobiti teški metali, uključujući tu i zlato i platinu. Zlato i platina su, tek da se podsetimo, među najdragocenijim supstancama na Zemlji. Gram zlata košta oko 42 dolara, a gram platine oko 30 dolara. Nova otkrića ukazuju na njihovo nasilno, radioaktivno i kosmičko poreklo.

Rezultati su objavljeni u nizu radova u časopisima kao što su Nature, Science i Astrophysical Journal Letters i najavljeni su i na nekoliko konferencija za novinare. Po prvi put, jedno otkriće ima veze ne samo sa gravitacionim talasima, već i sa posmatranjima koja su načinjena pomoću više vrsta različite svetlosti.

Signali koji su uvaćeni su onakvi kakve smo čekivali da otkrijemo od samog početka projekta”, kaže Piter Saulson (Peter Saulson), fizičar na Univerzitetu u Sirakuzi, uključen u projekat LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) od 1981. godine. Dodaje i to da su podaci koji se dobijaju iz sudara neutronskih zvezda i snažnog signala i vrlo precizni. „Kada ih vidimo, znaćemo da smo baš njih videli.”

A sada, kažu naučnici, videli smo ih.

Priča počinje pre 11 milijardi godina, kada su se dve zvezde rodile u galaksiji koju nazivamo NGC 4993. Svaka je bila teška oko 10 puta više od našeg Sunca. Prvo je jedna, a potom i druga eksplodirala u sjajnoj eksploziji u supernovu, rasipajući najveći deo svog materijala u galaksiju i sabijajući ostatak da bi stvorila neutronsku zvezdu, supergustu zvezdu jedva malo težu od našeg Sunca, sabijenu u prostor, kuglu prečnika ne većeg od promera Menhetna.

Privučene nezaustavljivo sopstvenom gravitacijom, dve neutronske zvezde su počele da kruže jedna oko druge kao da idu ka slivniku, približavajući se jedna drugoj sve brže i brže, savijajući prostor-vreme oko njih i izbacujući sve veće i veće gravitacione talase sve većom brzinom.

Napokon, udarile su jedna u drugu, brzinom od jedne trećine brzine svetlosti, stvarajući tako jedan poslednji gravitacioni talas. Sudar je izbacio materijal pun neutrona dalje u svemir, velikim bljeskom nazvanim kilonova, a taj materijal se potom raspadao i formirao više teških metala – uključujući tu i zlato i platinu. I ne samo njih. Snimci su otkrili čitavu radioaktivnu supu koja je osim nepojmljivih količina platine i zlata, stvorila i srebro, kao i elemente poput joda koji imamo i u našim telima, uranijuma ili bizmuta. Tamo gde bi bio zamišljeni odvod, izbio je džinovski bljesak visokoenergetskih gama zraka u oba pravca, u trajanju manjem od dve sekunde.

Danas znamo da je spajanje neutronskih zvezda prilično „prljav” posao, gde se nešto zvezdane utrobe prosipa po ostatku svemira, slično kao kada snažno stisnete tubu paste za zube, pa ona pukne i prospe se na oba kraja. Znamo i da sudar ubrzava odbačene čestice i zagreva ih na nekih 10 miliona stepeni. Kada se sa tom materijom ne bi ništa dogodilo, samo bi se vremenom ekstremno ohladila i nikada je ne bismo videli. Ali, to se ipak nije desilo.

Albert Ajnštajn je prvi predvideo postojanje gravitacionih talasa, još pre celog jednog stoleća, ali nije verovao da će ih ikada biti moguće detektovati, zbog njihove izuzetno slabe energije. LIGO je opovrgao Ajnštajna u septembru 2015. Kada je „čuo” skriveni fenomen po prvi put. Sada je u ovoj naučnoj igri već i evropski novi detektor gravitacionih talasa – Virgo, koji je zajedno sa LIGO-m radio na ovom petom otkrivanju gravitacionih talasa. Za razliku od prethodnih, onaj poslednji koji je potekao iz sazvežđa Hidra i nazvan je GW170817, nije poticao iz sudara crnih rupa.

<

Proračuni koje smo načinili, nagoveštavaju da se najveći deo materije koja je izbačena u ovom kosmičkom događaju, oblikovao kao obrtni disk oko crne rupe. Polovina materije je upala u crnu rupu, a polovina je bila izbačena dalje od nje”, kaže Brajan Mecger (Brian Metzger), astrofizičar na Univerzitetu Kolumbija, jedan od oko 4000 istraživača uključenih u otkriće. „Materija koja se na kraju našla na vašoj burmi, sasvim lako je mogla poticati odatle.”

A gravitacioni talasi koji su označili poslednje trenutke zvezda, proširili su se kroz svemir, putujući milionima svetlosnih godina, sve dok nisu došli i do par tačaka na Zemlji u kojima su naučnici izgradili ogromne, superosetljive uši, podešene upravo na ove apokaliptične događaje – dvojne LIGO detektore.

Signal u trajanju od 100 sekundi je stigao u 8:41 po istočnom vremenu, 17. avgusta 2017. Samo tri dana nakon što su mašine osetile četvrti sudar crnih rupa, četiri dana pre nego što je potpuno pomračenje Sunca prešlo preko Amerike i osam dana pre nego što je LIGO isključen da bi bio podvrgnut jednogodišnjim unapređenjima. Samo dve sekunde potom, svemirska letelica Fermi je registrovala kratki mlaz visokoenergetskog gama zračenja koje je dopiralo iz istog nebeskog komšiluka.

Shvatili smo, OK, ovo je dan na koji smo čekali”, kaže Rafaela Marguti (Raffaella Margutti), astrofizičarka na Univerzitetu Nortvestern, čija oblast istraživanja su eksplozije u svemiru. U narednih par sati, astronomi širom sveta su dobili upozorenje i okrenuli 70 teleskopa ka tom delu neba.

To je bilo ključno, jer su svi podaci koji su ukazivali na sudar neutronskih zvezda, zapravo prikupljeni pomoću tih astronoma. „LIGO bi mogao da kaže samo to da su se sudarila dva izvora koji su otprilike te i te mase”, kaže Ben Šapi (Ben Shappee), astronom iz Karnegi institucije za nauku, koji je upravo 17. avgusta imao rezervisano vreme na teleskopima u Čileu. On i njegove kolege su dobili prve snimke kilonove ovog događaja, plavičastog mlaza svetlosti, tamo gde ga nikada pre nije bilo.

Posmatranja su trajala neke dve nedelje nakon početnog otkrića, sve dok NGC 4993 nije kliznula iza Sunca, a nastaviće se u decembru, kada se galaksija ponovo prikaže. Ta posmatranja pokrivaju niz tipova svetlosti i pomoći će naučnicima da bolje razumeju detalje događaja.

Neobično za naučne članke visokog profila, oni članci koji su opisivali nove podatke, nisu unapred dati čitaocima iz široke stručne javnosti na čitanje i komentarisanje. Doduše, stručnjake koji nisu usko vezani za ovu temu bi bilo i teško pronaći – jedan član projekta procenjuje da je oko 30 procenata celokupne astronomske zajednice na ovaj ili na onaj način povezano sa ovakvim radovima.

Sve ovo će imati veći uticaj na nauku i na ljudsko razumevanje, na mnogo načina, od prvog otkrića gravitacionih talasa”, kaže Dankan Braun (Duncan Brown), astronom na Univerzitetu u Sirakuzi, član istraživačke kolaboracije. „Razmišljaćemo i otkrivaćemo tajne ovih posmatranja koja su načinjena pomoću gravitacionih talasa i svetlost, još godinama pred nama.”

Otvara se čitavo novo polje istraživanja i znanja, koje će na ključan način dopuniti dosadašnje pretpostavke o džinovskim zvezdama, čije eksplozije u supernove, prema dosadašnjim pretpostavkama, imaju ulogu kolevki za železo i lakše elemente. Obilje teških elemenata, do sada nije bilo moguće lako objasniti samo eksplozijama supernova, koje zaista daju nešto ovih elemenata. Jedna od velikih zagonetki astrofizike, počinje da se rešava pred našim očima.

Mecger napominje i da najteže elemente ne možemo dobiti nuklearnom fuzijom u zvezdama, već samo hvatanjem neutrona, ili neutronskom zamkom. Taj proces, poznat i kao r-proces (rapid process) se obavlja na sledeći, popularno predstavljen način – kako se dve neutronske zvezde vrte spiralno sve bliže jedna drugoj, izbacuju iz sebe visokoenergetske neutrone, koji se potom sudaraju i tvore gigantska atomska jezgra; kako su veliki atomi nestabilni, gotovo trenutno se raspadaju na manje atome.

Recimo i to da je u samo jednoj sekundi nakon sudara, nastalo srebra teškog 50 masa Zemlje, zlata teškog 100 masa Zemlje i platine teške 500 masa Zemlje.

Samo to zlato, danas vredi oko 100 oktiliona dolara na zvaničnom tržištu plemenitih metala, odnosno 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 dolara, ili 1029 zelenih novčanica. Međutim, kako Braun kaže, tržište ne mora da se plaši i neće propasti, jer bi nam trebao neki poduhvat kapetana Kirka (Zvezdane staze, prim. prev), da bismo prikupili svo to rasuto blago širom svemira.

Čak i bez takve avanture, tokom stvaranja naše planete, sasvim dovoljno ovih plemenitih metala se već zapeklo u kori našeg sveta.

Sve gore navedeno, uz posmatranja koja će tek biti obavljena, znači da će naučnici imati mnoštvo pitanja o tome šta se zapravo tačno desilo, tako daleko, a sa dve malene guste zvezde metalnog odsjaja.

A kada 2018. budu završene prepravke LIGO-a, postaće nekih 50% jači i sposobniji da zaviri još oko 500 miliona svetlosnih godina dublje u poznati svemir, odnosno nekih 500 miliona godina unazad u istoriju svemira. Početkom 2020-ih će se i japanski detektor Kagra i možda i najavljeni indijski detektor, pridružiti istraživanju i osluškivanju prošlosti univerzuma.

Usmeriće se ka istraživanju dubina svemira, ali i obližnje supernove, verovatno Betelgeze, koja može da eksplodira svakog časa. Na neki način, to će biti nova i neistražena teritorija i za gravitacione talase, kako kaže Braun i napominje da bi trebalo da budemo zahvalni na tome što smo već na samom početku astronomije gravitacionih talasa, uspeli da dođemo do tako velikog otkrića.

Autor: Megan Bartels (Meghan Bartels), Dejv Mošer (Dave Mosher)

Preveo i priredio: Marko Ekmedžić

%d bloggers like this: