Το Earth’s Stash of Gold προέρχεται από Colliders Fit for Gods
Ένα από τα μεγαλύτερα επιτεύγματα της επιστήμης είναι να περιγράψει από πού προερχόμαστε—όχι ως μεμονωμένοι άνθρωποι, ή ως είδος, ή ακόμα και ως πλανήτης, αλλά ως πράγμα , το ίδιο το υλικό από το οποίο είμαστε φτιαγμένοι. Η Μεγάλη Έκρηξη σφυρηλάτησε όλα τα βασικά σωματίδια της ζωής μας - τα ηλεκτρόνια και τα κουάρκ που αποτελούν τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Ολόκληρος ο κόσμος εκείνη την πρώιμη εποχή δημιουργούσε ύλη από το αρχέγονο χάος. Αλλά ο ισχυρός φούρνος ψύχθηκε καθώς το Σύμπαν επεκτεινόταν, ο αρχικός αυτός γύρος μαγειρέματος δεν παρήγαγε σημαντικά άτομα βαρύτερα από το λίθιο, το τρίτο ελαφρύτερο στοιχείο. Αν το Σύμπαν είχε σταματήσει να δημιουργεί εκεί, θα ήταν αρκετά βαρετό.
Σε μια ιστορία τόσο ελκυστική και οικεία που είναι πρακτικά ανάγνωση άνεσης πριν τον ύπνο (για τους αστρονόμους, ούτως ή άλλως), τα αστέρια που πεθαίνουν παρείχαν την υπόλοιπη ύλη στον κόσμο. Οι σουπερνόβα και άλλες ισχυρές διεργασίες στα εξωτερικά στρώματα των ετοιμοθάνατων αστεριών συγκολλούσαν μικρούς πυρήνες μεταξύ τους, δημιουργώντας ολοένα και βαρύτερους ατομικούς πυρήνες. Αυτή η παρατήρηση ενέπνευσε τη διάσημη γραμμή του Carl Sagan:Εμείς—και όλα τα άλλα αντικείμενα της καθημερινής μας ζωής—είμαστε αστέρια.
Αλλά αυτή η ρομαντική ιστορία δεν είναι εντελώς ολοκληρωμένη. Ορισμένοι βαρείς πυρήνες δεν κατασκευάζονται σε μεγάλες ποσότητες σε αστέρια που πεθαίνουν, επομένως η μεγάλη ποικιλία στοιχείων που βλέπουμε πρέπει να προέρχονται από κάποιο άλλο μέρος. Αλλά πού? Μια πιθανή πιθανότητα περιλαμβάνει μερικά από τα πιο παράξενα από τους κατοίκους του Σύμπαντος - αστέρια νετρονίων, τα οποία είναι τα εξαιρετικά πυκνά υπολείμματα των εκρήξεων άστρων με μεγαλύτερη μάζα από τον Ήλιο. Οι συγκρούσεις μεταξύ αυτών των παράξενων σωμάτων έχουν ως αποτέλεσμα εξαιρετικά φωτεινές εκρήξεις γνωστές ως εκρήξεις ακτίνων γάμμα μικρής διάρκειας (GRBs). Αυτά τα μεγάλα κτυπήματα παρέχουν τα σωστά συστατικά και αρκετή ενέργεια για τη δημιουργία χρυσού και άλλων μεγάλων ατομικών πυρήνων. Οι GRB ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά στα τέλη της δεκαετίας του 1960, όταν δορυφόροι που σχεδιάστηκαν για να εντοπίζουν παράνομες πυρηνικές δοκιμές εντόπισαν ανώμαλες εκλάμψεις ακτίνων γάμμα από το βαθύ διάστημα. (Δείτε τη σχετική ανάρτηση σχετικά με άλλα γεγονότα που μπορεί να θεωρηθούν εσφαλμένα ως πυρηνικές δοκιμές.) Μόλις ο στρατός αποχαρακτήρισε την ανακάλυψη των εκρήξεων ακτίνων γάμμα το 1973, οι αστρονόμοι άρχισαν να προσπαθούν να καταλάβουν τι ήταν… ένα έργο που διήρκεσε περισσότερα από 20 χρόνια .
Οι ακτίνες γάμμα είναι εγγενώς δύσκολο να μελετηθούν στην αστρονομία:δεν διαπερνούν την ατμόσφαιρα της Γης και δεν αντανακλούν τους συνηθισμένους καθρέφτες ακτινοβολίας. Αυτή η δυσκολία (μαζί με το στρατιωτικό απόρρητο) καθυστέρησε τη λύση του μυστηρίου της έκρηξης ακτίνων γάμμα. Στην πραγματικότητα, ολόκληρα συνέδρια ήταν αφιερωμένα στη συζήτηση για τη φύση των GRBs, συμπεριλαμβανομένου του βασικού ερωτήματος εάν συνέβαιναν εντός ή εκτός του Γαλαξία μας. Η έλλειψη καλών δεδομένων άρχισε να αλλάζει τη δεκαετία του 1990 με την έναρξη του πειράματος Burst and Transient Source Experiment (BaTSE). Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν το BaTSE για να προσδιορίσουν ότι τα GRB διατίθενται σε δύο βασικές ποικιλίες:GRB μικρής διάρκειας, τα οποία εκρήγνυνται και ξεθωριάζουν σε περίπου δύο δευτερόλεπτα ή λιγότερο, και την ποικιλία μεγάλης διάρκειας που παραμένει για αρκετά λεπτά. Περαιτέρω στοιχεία μετά το 1997 περίπου έδειξαν ότι οι GRB ήταν πράγματι εκτός του Γαλαξία μας, που σημαίνει ότι πρέπει να περιλαμβάνουν πολλά της ενέργειας να είναι τόσο φωτεινό όταν το βλέπει κανείς από τόσο μακριά. Αυτά είναι μερικά από τα μεγαλύτερα χτυπήματα όλων, τα οποία εξακολουθούν να είναι ορατά σε εμάς στη Γη κυριολεκτικά δισεκατομμύρια χρόνια αφότου συμβαίνουν.
Τελικά έγινε σαφές ότι τα GRB μακράς διάρκειας, τα οποία είναι πιο φωτεινά και πιο κοινά, είναι ακραίες σουπερνόβα - εκρήξεις πολύ μεγάλων άστρων. Τα σουπερνόβα συμβαίνουν σε περιοχές σχηματισμού άστρων:μέρη όπου πολλά αστέρια μεγάλης μάζας περνούν τον γρήγορο κύκλο ζωής τους και εκρήγνυνται. Αλλά τα GRB μικρής διάρκειας, που πιστεύεται ότι είναι οι κύριες πηγές βαρέων στοιχείων, φαινόταν να είναι διαφορετικά:A 2005 Φύση Έγγραφο του Derek Fox και των συνεργατών του εντόπισε τη θέση ενός συγκεκριμένου GRB μικρής διάρκειας χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις ακτίνων Χ και ραδιοφώνου, αποδεικνύοντας ξεκάθαρα ότι δεν βρισκόταν σε περιοχή ενός γαλαξία που πιθανόν να φιλοξενεί μια σουπερνόβα. Οι επιστήμονες στρέφονταν ήδη ενάντια στην ιδέα ότι τα σουπερνόβα προκαλούν GRB μικρής διάρκειας και προς την υπόθεση της σύγκρουσης νετρονίων-αστέρων. Αυτό οφείλεται στη συντομία των εκρήξεων:ένα κανονικό αστέρι χρειάζεται πολύ περισσότερο από δύο δευτερόλεπτα για να ανατιναχτεί, με πολλές πυρηνικές συγκρούσεις και άλλα διασκεδαστικά πράγματα να συμβαίνουν στη διαδικασία.
Οι συγκρούσεις μεταξύ των άστρων νετρονίων, αντίθετα, συμβαίνουν αρκετά γρήγορα, αφού η μάζα κάθε αστεριού είναι συσκευασμένη σε μια σφαίρα με διάμετρο περίπου μιας πόλης της Γης. (Εικάζομαι όχι για μεγέθη εξωγήινων πόλεων.) Αντί να αποτελούνται από άτομα, είναι μια μορφή πυρηνικής ύλης:νετρόνια και άλλα σωματίδια μπλοκαρισμένα σε μια καυτή συμπαγή σφαίρα. Εάν τα σουπερνόβα είναι βόμβες υδρογόνου, τότε οι συγκρούσεις άστρων νετρονίων είναι επιταχυντές σωματιδίων κατάλληλοι για θεούς. Η ποσότητα ενέργειας που συμπιέζεται και απελευθερώνεται σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα είναι ασυναγώνιστη στον κόσμο.
Όπως και με τον Σχετικιστικό Επιταχυντή Βαρέων Ιόντων, όπου οι πυρήνες μολύβδου συγκρούονται μεταξύ τους με υψηλό κλάσμα της ταχύτητας του φωτός, οι συγκρούσεις άστρων νετρονίων καταλήγουν σε ένα είδος τήξης και αναμόρφωσης, όπου τα συστατικά πυρηνικά σωματίδια ανακατεύονται και ανασυνδυάζονται με ενδιαφέροντες τρόπους . Ένα αποτέλεσμα στα GRB μικρής διάρκειας είναι η δημιουργία νέων βαρέων ατόμων, τα οποία έχουν πολλά νετρόνια - κάτι που προφανώς έχουν τα αστέρια νετρονίων σε μεγάλες ποσότητες. Σχεδόν όλος ο χρυσός στον κόσμο και όλα τα μέταλλα των σπάνιων γαιών όπως το ευρώπιο, πιθανότατα γεννήθηκαν σε αυτές τις συγκρούσεις.
Πέρυσι, δύο ομάδες παρατήρησαν ένα άλλο GRB και συνέλεξαν ακόμη πιο ισχυρά στοιχεία υπέρ της υπόθεσης σύγκρουσης-αστέρων νετρονίων. Οι αστρονόμοι πρέπει ακόμα να λύσουν ορισμένα μυστήρια, συμπεριλαμβανομένου του ερωτήματος για το πώς τα προϊόντα των GRB μπορούν να ενσωματωθούν στην πρώτη ύλη για νέα αστέρια και πλανήτες. Αλλά είναι σαφές ότι αυτές οι τιτάνιες συγκρούσεις είναι από τις πιο σημαντικές σφυρηλάτες του Σύμπαντος.
Υποσημειώσεις:
(1) Οι συζητήσεις στην επιστήμη είναι ως επί το πλείστον ενδιαφέρουσες όταν τα δεδομένα είναι σπάνια, επομένως οι λεπτομέρειες των συνεδρίων σχετικά με τις GRBs του περασμένου αιώνα δεν έχουν μεγάλη επιστημονική αξία σήμερα, όσο ιστορικά σημαντικές και αν είναι. Ένας συγγενής μου κατέθεσε περίπου 100 σελίδες τελείως ξεπερασμένων εγγράφων από αυτά τα συνέδρια όταν καθάρισε το γραφείο του. Τους «έχασα» κατά την πρόσφατη μετακόμισή μου από τη Βιρτζίνια στο Οχάιο. Συγγνώμη, Ντον!
(2) Οι GRB μικρής διάρκειας είναι επίσης γνωστές ως "εκρήξεις μικρής σκληρότητας" επειδή παράγουν "σκληρές" ή υψηλής ενέργειας ακτίνες γάμμα. (Οι βραχυπρόθεσμες εκρήξεις συχνά συντομεύονται ως SHB, το οποίο μου αρέσει να προφέρω "shub" στο κεφάλι μου. Κατηγορώ τον Neal Stephenson.)
Ο Μάθιου Φράνσις είναι φυσικός, συγγραφέας επιστημών, δημόσιος ομιλητής, εκπαιδευτικός και συχνά φορώντας καπέλα. Αυτή τη στιγμή γράφει ένα βιβλίο για την κοσμολογία με τίτλο εργασίας Back Roads, Dark Skies:A Cosmological Journey.
