Srážka neutronových hvězd vytvořila zlato, uran a další těžké prvky

Mezinárodní tým astronomů poprvé detekoval gravitační vlny vzniklé sloučením dvou neutronových hvězd a našel důkaz, že jsou zdrojem těžkých prvků ve vesmíru, včetně např. uranu, zlata a platiny. "Doufali jsme, že něco takového uvidíme," uvedl David Reitze, výkonný ředitel observatoře LIGO, který objevil 16. října kosmické vlnění nazvané gravitační vlny. Páry neutronových hvězd a jejich možné srážky byly předpovězeny již dříve. "Díky přesnému určení místa srážky neutronových hvězd bylo možné sledovat i související optické jevy. Emisi elektromagnetických vln pozorovalo 70 observatoří, včetně sedmi vesmírných." Srážka hmotných těles produkuje gravitační vlny - fluktuace v časoprostoru -, které detekovaly LIGO a Virgo 17. 8. 2017. Několik vteřin poté satelity ESA Integral a NASA Fermi detekovaly výtrysk gama záření. Toto je první současné pozorování gravitačních vln a světla ze stejného zdroje.

Pozorování gravitačních vln je potvrzením Einsteinovy obecné teorie relativity, která odhaluje, že gravitaci je možné popsat jako zakřivení prostoru. Představme si nějaký hmotný objekt (planetu, hvězdu nebo dokonce člověka), který se pohybuje prostorem - tím zakřivuje prostor a vytváří gravitační vlny. Ovšem detekovatelné jsou jen vlny vytvořené skutečně masivními objekty, jako jsou neutronové hvězdy a černé díry.

Neutronové hvězdy

Neutronové hvězdy jsou mrtvé hvězdy mnohem masivnější než naše Slunce. Mají průměr pouhých 20-25 kilometrů, ale jsou složené z neutronů tak hustě natěsnaných, že kubický centimetr jejich masy váží milion tun. Při srážce dvou neutronových hvězd by podle teoretických předpovědí měly vzniknout prvky těžší než nikl a železo a generovat se gravitační vlny. Při spirálovitém přibližování hvězd kosmické vlny časoprostoru odebírají energii z rychle se obíhajících hvězd, ty se nakonec srazí a sloučí. Kolize je zdrojem prvků, jako je platina, uran a zlato. Tuto předpověď jsme potřebovali ověřit tím, že takový pár neutronových hvězd zachytíme.

Povedlo se!

A právě to udělaly oba pozemské přístroje na zachytávání gravitačních vln: Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) v USA a Virgo Interferometer v Itálii. Jakmile LIGO zpozoroval gravitační vlny, astronomové mohli obrátit své teleskopy do oblasti, odkud vzešly, a určit zdroj. Byly to dvě neutronové hvězdy, ležící asi 130 miliónů světelných let od Země v eliptické galaxii zvané NGC 4993, v souhvězdí Hydra. Zdroj gravitačního vlnění byl označen jako GW170817, pojmenovaný tak podle data, kdy k detekci došlo (17. srpna 2017). "Srážkou neutronových hvězd vznikne vysoce radioaktivní ohnivá koule", řekl Nial Tanvir z Leicester University v USA, vedoucí pozorovacího týmu, který první pozoroval infračervené záření GW170817 po detekci gravitačních vln. Podle teorie se při násilné kolizi neutronových hvězd formují ze subatomových částic stlačených dohromady těžší prvky. Spektra infračerveného záření neutronových hvězd odhalila nejen přítomnost těžkých elementů, ale i to, že mnoho tohoto vzniklého materiálu se uvolnilo do okolního prostoru. "Uvolněný materiál se bude mísit s jinými plyny v galaxii", řekl Tanvir.

Kdo umírá pro zlato

Toto potvrzení je důležitým krokem při zjišťování původu těžkých prvků bohatých na neutrony ve vesmíru - i těch, které najdeme na Zemi. Zatím jedinou teorií, jak se takové prvky tvoří, byly výbuchy supernov (viz článek v Třípólu Kdo umírá pro zlato http://www.3pol.cz/cz/rubriky/astronomie/87-kdo-umira-pro-zlato). Takový proces se však nezdál být dostatečně efektivní. Poměr těžkých elementů na Zemi se zdál být příliš velký, aby bylo možno počítat jen s množstvím, které generují supernovy. Vědci již dříve považovali srážky neutronových hvězd za dobré kandidáty na vytvoření některých těžkých kovů ve vesmíru, ale nebylo jasné, jak často se takové srážky vyskytují a kolik materiálů do mezihvězdného prostoru vrhají. Harvardský astronom Edo Berger řekl, že nyní už máme odpověď na druhou otázku: neutronové hvězdy vyrobily hmotu asi 16 000 zeměkoulí (což je malý zlomek jejich celkové hmotnosti). "Je to asi desetinásobek hmotnosti Země ve zlatě a platině," řekl. (Zlato tvoří zhruba milióntinu hmoty Země a většina z něj je v jádru planety). Všechny vyvržené těžké prvky se stávají součástí mezihvězdného prachu a nakonec skončí jako součást nových planet. Berger uvedl, že nové údaje neznamenají, že by supernovy nedělaly těžší prvky, ale že neutronové hvězdy se zdají být zodpovědné za jejich velkou část.

Stále jsou nezodpovězené otázky

Tvorba prvků je v jistém smyslu dobře srozumitelným procesem a pozorování ukázalo, že v případě neutronových hvězd jsou k tomu dobré podmínky. Stále ale nevíme, jestli tato událost byla typická, nebo jestli existují ještě jiné procesy, které by produkovaly více těžkého materiálu. Vzhledem k odhadům, kolik neutronových dvojhvězd je ve vesmíru a kolik hmoty vyzařují, se zdá, že můžeme počítat se všemi těžkými prvky od železa dále. To zahrnuje těžké prvky, které nacházíme na Zemi, které by pocházely ze stejného procesu předtím, než jsme se dostali do mlhoviny, která stvořila naši sluneční soustavu. Těžké elementy, které právě pozorovaný pár neutronových hvězd odhodil (vlastně před 130 miliony let), by právě tak mohly skončit v nových planetách.

Revoluce v astronomii

"Skutečnost, že vědci mohou používat gravitační vlny a světlo k tomu, aby charakterizovaly předmět vzdálený 130 miliónů světelných let, bude znamenat vznik nového druhu astronomie", říká Laura Cadonatiová, zástupkyně mluvčí vědecké spolupráce LIGO. "Je to jako přechod z černobílé pohlednice, která ukazuje výbuch Vesuvu, na barevné prostorové zobrazení ve filmu 3D IMAX."

Podle https://www.livescience.com/60701-ligo-neutron-stars-heavy-metals-gold.html?utm_source=oap-newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=20171019-oap