Метеориты. Космические камни, создавшие наш мир

Гравитационно-волновые детекторы LIGO и Virgo можно назвать гравитационными телескопами. Каждый из них состоит из четырехкилометровой Г-образной трубы со сложной системой лазеров внутри. Такой приемник способен улавливать пространственно-временную рябь размером в одну десятитысячную часть диаметра протона (0,0000000000000000001 метра). Именно такая головокружительная точность нужна для регистрации волн, распространяющихся в «ткани» Вселенной.

Примерно около 130 миллионов лет назад (когда по Земле еще гуляли динозавры) в далекой галактике два сверхплотных звездных трупа – нейтронные звезды – сцепились в смертельном спиральном танце. С бешеной скоростью обращаясь друг вокруг друга, нейтронные звезды постепенно рассеивали свою огромную гравитационную энергию в пространство и в результате медленно сближались.

Дюйм за дюймом они все туже закручивали свою орбитальную спираль, пока вдруг не слились воедино. Последние спазмы их гравитационной энергии разлетелись во все стороны в форме гравитационных волн. Эти волны, результат столкновения нейтронных звезд, мы и зарегистрировали 17 августа 2017 года.

Сразу же после их регистрации астрономическое сообщество всего мира бросилось на поиски той точки на небе, откуда эти волны пришли. И небо откликнулось. Не прошло и одиннадцати часов, как группа астрономов, работавшая на телескопе имени Генриетты Суоп в Чили, нашла их оптический источник.

Две сливающихся нейтронных звезды – каждая с массой больше солнечной и размером с небольшой город – выделили поистине громадное количество взрывной энергии. Выброшенное взрывной волной вещество разлетелось со скоростью в четверть скорости света. Великолепное световое шоу озарило всю Вселенную.

Во всем мире группы наблюдателей, вооружившись как наземными, так и космическими телескопами, начали наблюдательную кампанию, которая длилась несколько месяцев. Было собрано испущенное при взрыве излучение во всех диапазонах электромагнитного спектра – радиоволны, инфракрасный, оптический и ультрафиолетовый свет, рентгеновские и гамма-лучи. В беспрецедентных по охвату наблюдениях уникального небесного фейерверка приняло участие более 3600 ученых со всей планеты.²

В последние секунды своего существования две нейтронные звезды в яростном взрыве разлетелись на части и наполнили окружающее их пространство огромным количеством нейтронов. Выброшенное в результате взрыва вещество было как бы пропитано ими. В дни, последовавшие за взрывом, стремительно разлетавшийся во все стороны нейтронный душ и перегретый газ, конечно, охлаждались, но все же оставались более горячими, чем ожидалось. Что-то явно не давало веществу остыть.

Некоторые изотопы в нем, очевидно, были радиоактивными. Распадаясь, они выделяли энергию в окружающее пространство, не давая выброшенной материи слишком быстро остыть. Отдельные виды атомов в клубящемся облаке разлетающегося вещества, кроме того, поглощали часть испущенного при взрыве излучения, но систематическим и упорядоченным образом: разные химические элементы поглощали свет на строго определенных длинах волн. По этим спектроскопическим «отпечаткам пальцев» астрономы сумели восстановить химический состав выброшенного вещества – в нем оказалось много тяжелых элементов. Даже сейчас, спустя несколько лет после взрыва, астрономы продолжают исследовать спектроскопические характеристики выброса и идентифицировать в нем все новые и новые элементы: например, в конце 2019 года там был найден стронций, элемент номер тридцать восемь, который присутствует в наших костях и зубах.

При одном только этом взрыве в пространство было выброшено сто миллиардов миллиардов миллиардов килограммов тяжелых элементов – примерно 15 000 масс Земли. Из этих 15 000 земных шаров десять состояли из чистого золота – взрыв в буквальном смысле породил это золото и выбросил его в космическое пространство.

Избыток нейтронов; выброс радиоактивных изотопов; тяжелые элементы. Все эти линии сходятся в одной точке: разлетающееся облако было переполнено радиоактивными атомами, образовавшимися при быстром поглощении выброшенных при взрыве нейтронов, и эти атомы тут же распались, породив богатые нейтронами устойчивые изотопы. Астрономы добились своего – они отыскали место рождения половины химических элементов Солнечной системы тяжелее железа и нашли тигель, в котором выплавились все элементы тяжелее висмута. Они нашли место, в котором происходит быстрый процесс нуклеосинтеза.

Теоретическая астрофизика и теория образования метеоритов поставили вопрос о том, где появились эти элементы и изотопы, а открытие гравитационных волн осветило путь к ответу на него.

* * *

Если не считать первичных облаков водорода и гелия, образовавшихся в минуты перед самым Большим взрывом, то можно заключить, что все элементы Периодической таблицы были, в общем и целом, синтезированы внутри звезд[19]. Элементы легче железа появились в ходе термоядерных реакций, а более тяжелые в основном сформировались в результате поглощения нейтронов в ходе медленного и быстрого процессов.