|
Крупнейшие взрывы привели к образованию жизни
|
|
|
|
После своего "рождения" в результате Большого взрыва Вселенная состояла в основном из водорода и нескольких атомов гелия. Это самые легкие элементы в периодической таблице Менделеева. Более или менее все элементы тяжелее гелия были образованы за 13,8 миллиарда лет, прошедших с момента Большого взрыва до наших дней. Многие из этих тяжелых элементов были созданы звездами в процессе ядерного синтеза. Однако это приводит только к тому, что элементы становятся такими же тяжелыми, как железо. Образование любых более тяжелых элементов потребляло бы энергию, а не высвобождало ее. Чтобы объяснить присутствие этих более тяжелых элементов на сегодняшний день, необходимо найти явления, которые могут их породить. Одним из таких событий, которое соответствует всем требованиям, является гамма-всплеск (GRB) — самый мощный тип взрывов во Вселенной. Они могут извергаться со скоростью, в квинтиллион раз превышающей светимость нашего Солнца (10, за которыми следуют 18 нулей), и, как полагают, вызваны несколькими типами событий.
|
|
|
|
Гамма-всплески можно разделить на две категории: длинные и короткие вспышки. Длинные гамма-всплески связаны с гибелью массивных и быстро вращающихся звезд. Согласно этой теории, быстрое вращение превращает вещество, выброшенное во время коллапса массивной звезды, в узкие струи, которые движутся с чрезвычайно высокой скоростью. Короткие вспышки длятся всего несколько секунд. Считается, что они вызваны столкновением двух нейтронных звезд — компактных и плотных "мертвых" звезд. В августе 2017 года произошло важное событие, подтвердившее эту теорию. Ligo и Virgo, два детектора гравитационных волн в США, обнаружили сигнал, который, по-видимому, исходил от двух нейтронных звезд, движущихся навстречу столкновению. Несколькими секундами позже был обнаружен короткий гамма-всплеск, известный как GRB 100817A, который исходил с того же направления в небе. В течение нескольких недель практически все телескопы на планете были направлены на это событие в беспрецедентных усилиях по изучению его последствий.
|
|
|
Наблюдения выявили килоновую звезду в точке скопления GRB 170817A. Килоновая звезда является более слабым аналогом взрыва сверхновой. Что еще более интересно, были получены свидетельства того, что во время взрыва образовалось много тяжелых элементов. Авторы исследования в журнале Nature, в котором анализировался взрыв, показали, что эта килоновая звезда, по-видимому, образовала две разные категории обломков, или выбросов. Одна состояла в основном из легких элементов, в то время как другая состояла из тяжелых элементов. Мы уже упоминали, что ядерный синтез может привести к образованию только таких тяжелых элементов, как железо в периодической таблице Менделеева. Но есть и другой процесс, который может объяснить, как "килонова" смогла получить еще более тяжелые элементы. Процесс быстрого захвата нейтронов, или r-процесс, заключается в том, что ядра более тяжелых элементов, таких как железо, за короткое время захватывают множество нейтронных частиц. Затем они быстро увеличиваются в массе, образуя гораздо более тяжелые элементы. Однако для того, чтобы r-процесс работал, необходимы правильные условия: высокая плотность, высокая температура и большое количество свободных нейтронов. Гамма-всплески обеспечивают эти необходимые условия.
|
|
|
|
Однако слияния двух нейтронных звезд, подобные тому, которое вызвало вспышку килоновой GRB 170817A, - очень редкие события. На самом деле, они могут быть настолько редкими, что вряд ли могут быть источником большого количества тяжелых элементов, имеющихся во Вселенной. Но что можно сказать о длинных гамма-всплесках? В недавнем исследовании, в частности, рассматривался один длинный гамма-всплеск GRB 221009. Его назвали BOAT — самым ярким за все время. Этот гамма-всплеск был зафиксирован как импульс интенсивного излучения, пронесшийся по Солнечной системе 9 октября 2022 года. Аппарат вызвал аналогичную кампанию астрономических наблюдений, что и "Килонова". Этот всплеск был в 10 раз более энергичным, чем предыдущий рекордсмен, и находился так близко к нам, что его влияние на атмосферу Земли было измеримо на земле и сравнимо с сильной солнечной бурей. Среди телескопов, изучавших последствия взрыва BOAT, был космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST). Он наблюдал гамма-всплеск примерно через шесть месяцев после взрыва, чтобы не ослепнуть от послесвечения первоначального взрыва.
|
|
|
|
Данные, собранные JWST, показали, что, несмотря на необычайную яркость этого события, оно было вызвано всего лишь обычным взрывом сверхновой. Фактически, предыдущие наблюдения других длинных гамма-всплесков показали, что нет никакой корреляции между яркостью гамма-всплеска и размером взрыва сверхновой, связанного с ним. BOAT, похоже, не исключение. Команда JWST также определила количество тяжелых элементов, образовавшихся во время взрыва BOAT. Они не обнаружили никаких признаков элементов, образовавшихся в результате r-процесса. Это удивительно, поскольку теоретически считается, что яркость длинного гамма-всплеска связана с условиями в его ядре, скорее всего, в черной дыре. Для очень ярких событий, особенно таких экстремальных, как BOAT, условия должны быть подходящими для возникновения r-процесса. Эти данные свидетельствуют о том, что гамма-всплески, возможно, не являются ожидаемым важным источником тяжелых элементов во Вселенной. Напротив, должен существовать источник или источники, которые все еще существуют.
|
|
|
|
Источник
|
