Stolp v nevtralnem okolju v bližini bi lahko povzročil nesrečo na zemlji


            

Že dolgo v galaksiji daleč stran – NGC 4993, ki je bila točno dve nevtronski zvezdi, sta se spopadla in ustvarila spektakularno svetlobno predstavo

Po več milijardah let, ki se počasi krožijo, so se v zadnjih trenutkih dve degenerirani zvezdi tisočkrat spirale okrog drugega, preden so se končno razbili skupaj z velikim deležem svetlobne hitrosti, ki je verjetno ustvarila črno luknjo. Združitev je bila tako močna, da je pretresla vesolje, ki je povzročila okoli 200 milijonov sončnih energij, ki so bile vštete v tvorbo spacetime, imenovane gravitacijski valovi. Ti valovi so se razširili iz združitve, kot so valovi na ribniku, sčasoma pranje nad Zemljo – in v preizkušne detektorje gravitacijskih valov našega planeta, ameriški LIGO in opazovalnice iz Evrope, ki so jo zgradili v Evropi

Toda gravitacijski valovi niso bili edini produkti združitve. Dogodek je sprožil tudi elektromagnetno sevanje – to je svetloba – prvič, ko so astronomi uspeli ujeti gravitacijske valove in svetlobo iz enega samega vira. Prva svetloba združitve je bila kratek, briljanten vzrok gama žarkov, verjeten rojski klic črne luknje, ki jo je nabiral NASA-ov vesoljski teleskop Fermi Gamma-Ray. Čez nekaj časa so astronomi, ki uporabljajo zemeljske teleskope, odkrili več svetlobe iz združitve – tako imenovana "kilonova", proizvedena kot razstruplja od združitve, se je razširila in ohladila. Veliko astronomskih skupnosti je več tednov gledalo kilonovo, ko je počasi izginilo od pogleda.

Ker so astronomi preučevali posledice združitve v različnih valovnih dolžinah svetlobe, so videle znake neštetih težkih elementov, ki so se pojavili takoj. Astronomi so že dolgo predvidevali, da bi združevanje nevtronskih zvezd povzročilo nastanek elementov, kot so zlato in titan, nevtronsko bogate kovine, za katere ni znano, da se tvorijo v zvezdah. Večina vsega, kar so videli v spreminjajoči se luči kilonove združitve, je ujemala te napovedi, čeprav nihče ni dokončno opazil, da je združitev izklesala zlate nuggets na katerikoli odsek.

Dogodek je bil celo viden čez 130 milijonov svetlobnih let ločitev od nas, dogodek je bil velik, svetel in veličasten. Glede na redkost nevtronskih zvezd, kaj šele tiste, ki se zgodijo, da se združimo – ni verjetno, da bomo takšen prikaz bistveno bližje nam. A predstavljamo si, če bi lahko, če bi se to zgodilo na Mlečni poti ali eni izmed njegovih satelitskih galaksij. Ali pa nebes, ne daj, v naši neposredni zvezdni soseski. Kaj bi videli? Kakšne učinke bi imeli na naš dom? Bi se okolje, civilizacija, celo človeštvo pojavile nedotaknjene?

Čeprav lahko LIGO po zasnovi "sliši" združitve velikih predmetov, kot so nevtronske zvezde in črne luknje, so astronomi imeli še vedno srečo, da so zaznali ta poseben dogodek. Po besedah ​​Gabriele González, člana ekipe LIGO in astrofizika na univerzi v Louisiani, če bi bila združitev tri do štirikrat daleč stran, tega sploh ne bi slišali. Ironično, LIGO-jev vrhunski tuning za odkrivanje oddaljenih združitev črne luknje bi lahko zamudil velike, ki se pojavljajo okoli najbližjih sosednjih zvezd Solarnega sistema. Veliki in intenzivni gravitacijski valovi iz takega bližnjega dogodka "bi verjetno bili [greater] kot dinamični razpon našega instrumenta", pravi Gonzalez.

Kljub temu, da so dovolj močni, da bi pretresli vesolje, bi bilo še vedno težko opaziti gravitacijske valove celo bližnje združitve dveh velikih črnih lukenj, ker se tresenje manifestira na mikroskopskih lestvicah. (Če so plini, prah ali katera koli druga snov zelo blizu črnih lukenj, ki bi se jih združile, astronomi lahko vidijo svetlobo, ki se sprošča iz tega neobčutljivega materiala, ko se vleče.) "Neverjetna stvar je, da bi lahko bili tako blizu črnim luknjam trčenje, čim bližje kot zunaj sončnega sistema, pa tudi ne bi opazili, da se z vašimi očmi raztezajo časovni razmiki, "pravi González. "Še vedno potrebujete instrument za ogled ali merjenje."

V nasprotju s tem bi verjetno bila precej opazna kilonova iz združitve nevtronskih zvezd v naši galaksiji. Gonzalez pravi, da bi se lahko nenadoma pojavila kot svetla zvezda na nebu in bi jo tudi LIGO jasno zaznal. Teže, ki jih je slišal LIGO, ne bi trajale več kot nekaj sekund, bi se potegnile v nekaj minutah, celo v urah, saj so se nevtronske zvezde vse bolj približale pred njihovo končno koalescenco. Nekoliko bi bilo kot prilagajanje v živo Grateful Dead marmelado namesto studijske verzije. (In da, recimo pesem je "Dark Star" za naše namene.)

Tudi če je LIGO vklopljen, obstajajo načini, da bi morda zamudili večino svetlobe iz bližnje združitve nevtronske zvezde in njene nadaljnje kilonove. Kari Frank, astronom na Univerzi Severozahodne, pravi, da bi tako velik svetlobni dogodek lahko prikril prah in druge zvezde – vsaj na vidnih in infrardečih valovnih dolžinah. Z drugimi besedami, LIGO in teleskopi, ki gledajo na valovne dolžine, kot sta radio ali rentgen, lahko vidijo bližnjo kilono, ki bi jo zamudili optični astronomi. "Bilo je supernova, vsaj tistih, ki jih poznamo v naši galaksiji v zadnjih 100 letih ali tako, za katere nismo videli eksplozije, smo videli samo, kaj je bilo kasneje," pravi Frank. In kilonova, za vse punch pakete, je le del luminoznosti tipične supernove.

Še vedno pa bi bili odzivi astronov na kakršno koli zvezdno kataklizmo na ali okoli Mlečne poti verjetno hitri. Navsezadnje je primer supernove 1987A, ki ga je treba upoštevati.

Kot navaja ime, se je supernova 1987A pojavila leta 1987, ki se je odvijala v škrlatni galaksiji, ki kroži na Mlečni poti, imenovani Veliki magelanski oblak. Zvezda okoli osemkratne mase sonca se je zrušila sama in poslala zunanjo ovojnico plina v medzvezdni prostor, ki je predstavljala meglico težkih elementov in drugih ostankov, preden se je zrušila v nevtronsko zvezdo ali v črno luknjo. Ostanki so edini bližnji astronomi supernov, ki so jih videli v sodobnem času.

Frank je preučeval naslednjo globalno kampanjo za opazovanje supernove 1987A, ki se osredotoča na to, kako so astronomi organizirali in izvrševali svoja opažanja v času, ko je bil internet v najboljšem primeru embrioničen. "Nekdo vidi nekaj in pošilja obvestila vsem," pravi. "Ljudje, ki so ga prvič odkrili, so morali telefonirati, karkoli bi jim lahko povedali, da se to dogaja, da so videli to supernovo na nebu, ki je bila v resnici blizu," pravi Frank. "Poslali so te okrožnice – pisma in stvari ljudem – in potem vsakdo, ki bi lahko, bi šel do svojega teleskopa in mu pokazal."

Več mesecev so astronomi po vsem svetu pregledali dogodek, pri čemer so uporabili skoraj vse razpoložljive teleskope. "Vsi so hoteli poskrbeti, da jih je čim več [telescopes] preučilo," pravi Frank. Sčasoma so se stvari ustalile, vendar je več raziskovalcev, vključno s Frankom, še 30 let pozneje preučevalo ostanke supernove. "Nekaterim ljudem se je spremenilo življenje ali se je vsaj spremenilo v karieri," pravi Frank. "To je bila stvar v astronomiji v tem letu."

Tako kot LIGO je opazovalna kampanja za supernovo 1987A vključevala tudi tisoče sodelavcev. Vendar pa niso vsi delili v slavi soavtorja nobene od številnih študij, objavljenih v znanstveni literaturi. Posledično ni nobenega dejanskega števila glav, koliko ljudi je sodelovalo. Štetje sodelavcev, ki delajo na zadnji združitvi nevtronskih zvezd, je veliko lažje – približno 3.000 avtorjev v 67 dokumentih ali približno 15 odstotkov celotnega področja astrofizike

Vprašanje, koliko astrofizikov bi dobil kredit za drug dogodek, kot je supernova 1987A, je v ničemer odvisen od tega, kako blizu bo dogodek. Če bi na primer supernova 1987A prišla veliko, veliko bližje Zemlji – okoli bližnje zvezdice, na primer – ključna negotovost ne bi postala, koliko znanstvenikov je opazilo dogodek, ampak koliko je preživelo .

Po študiji leta 2016 se lahko supernove, ki se nahajajo blizu 50 svetlobnih let od Zemlje, predstavljajo neposredno nevarnost za vključeno Zemljo biosfero. Dogodek bi nas verjetno iztisnil v tako veliko kozmično sevanje, ki bi lahko povzročil planetno množično izumrtje. Raziskovalci so v preteklosti povezali pretekle primere iztirjenja stopenj izumrtja in padca biotske raznovrstnosti na napovedane astrofizične dogodke in v vsaj enem primeru celo odkrili dokončne dokaze za bližnjo supernovo kot krivca. Pred dvanajstimi milijoni let je zvezda 325 svetlobnih let od Zemlje eksplodirala in prenehala planet v radioaktivne delce železa, ki so se sčasoma naselili v globokomorskih usedlinah na tleh oceana . Ta dogodek, ki so raziskovalci špekulirali, so morda sprožili ledene dobe in spremenil potek evolucije in zgodovine človeštva

Točne podrobnosti preteklega (in prihodnjega) astrofizičnega vpliva kataklizmov na Zemljino biosfero niso odvisne le od njihove razdalje, ampak tudi od njihove usmerjenosti. Supernova lahko včasih izloči svojo energijo v vseh smereh, kar pomeni, da ni vedno zelo ciljan pojav. Pričakuje se, da se bodo združene črne luknje redko oddajale kakršne koli sevanje, zaradi česar so presenetljivo prijazne za katero koli bližnjo biosfero. Kilonova pa ima na voljo različne fizike. Nevtronske zvezde so nekaj deset kilometrov v polmeru in ne nekaj milijonov, kot so tipične zvezde. Ko se ti gosti predmeti združijo, skušajo proizvajati curke, ki iz svojih polov usmerijo gama žarke

"[W] klobuk izgleda tako kot nas, in učinek, ki ga ima na nas, bi bilo veliko odvisno od tega, ali je bil eden od letal usmerjen neposredno na nas," pravi Frank. Na podlagi svoje razdalje in usmerjenosti na Zemljo bi kilonova letala hodila po tanki črti med spektakularno svetlobno predstavo in katastrofalnim odstranjevanjem zgornjega ozračja planeta. Če je curek usmerjen neposredno na nas, bi se lahko drastične spremembe shranile. In verjetno jih nebi videli. Kilonova se začne z izpuščanjem gama žarkov – neverjetno energičnih fotonov, ki se po definiciji premikajo pri svetlobni hitrosti, kar najhitreje lahko potuje skozi vesolje. Ker se nič drugega ne more premakniti hitreje, bodo ti fotoni prvi in ​​brez opozorila.

"Kaj [the gamma rays] bi storil, verjetno bolj kot karkoli drugega, raztopi ozonski plašč," pravi Andrew Fruchter, zaposleni astronomer na Inštitutu za vesoljski teleskop. Nato bi bilo nebo očitno belo, saj se je vidna svetloba iz kilonove naletela na naš planet. Zaostajalo za svetlobo, ki je daleč oddaljena, bi bilo počasnejše gibanje materiala, ki je bil izločen iz kilonove radioaktivnih delcev težkih elementov, ki bi lahko peskanje Zemlje v zadostnem številu še vedno uničili smrtonosno udarec.

To je, če je kilonova blizu, čeprav – v 50 svetlobnih letih, dajte ali vzamete. Na varnejši razdalji bi gama žarki še vedno posneli ozonski plašč na obrnjeni hemisferi, druga stran pa bi bila zaščitena z večino planeta. "Večina sevanj se zgodi zelo hitro, tako da bi bila polovica Zemlje skrita," pravi Fruchter. Še vedno bi bila trenutna oslepna svetloba. Nekaj ​​tednov bo nova zvezda na nebu prežarila, preden se bo postopoma zbledela v nejasnost.

Ne dovolite, da bi vas vse to ponoči. Kilonovae so relativno redki kozmični pojavi, ki se po ocenah pojavijo le enkrat na 10.000 let v galaksiji, kot je Mlečna cesta. To je zato, ker nevtronske zvezde, ki jih proizvajajo supernove, komaj kdaj oblikujejo kot pari. Ponavadi bo nevtronska zvezda dobila velikanski "udar" iz formativne supernove; včasih so ti brki dovolj močni, da iz svoje galaksije izvržejo nevtronsko zvezdo, da bi skozi vesolje neprestano ovirali velike hitrosti. "Ko se rodijo nevtronske zvezde, so pogosto visoke hitrosti. Za preživetje v binarni obliki je netrivialen," pravi Fruchter. In možnosti, da se dva medsebojno poiščeta in združita po samostojnem oblikovanju, sta zaradi pomanjkanja boljšega izraza astronomsko nizka.

Binarne nevtronske zvezde, ki jih poznamo v naši galaksiji, so milijone ali milijarde let od združevanja. Vsaka lokalna združitev nevtronskih zvezd bi sploh presenetila LIGO, saj so dogodki tako redki, astronomi pa sploh ne vidijo kilonove, ki bi nastala. Če pa se je zgodilo, recimo, v eni od satelitskih galaksij v Milky Wayu, bi bilo to dober razlog, da bi tekel na teleskop, da bi prižgal bliskavico in zbledel kratek, briljanten nov "zvezdnik". Nevarnosti bi bile skoraj neobstoječe, ne pa tudi izplačila: naša generacija astronoma bi imela svojo supernovo 1987A, da bi se razkril. "To je vrsta dogodka, ki je enkrat v življenju," pravi Frank. Tako pravi, bi morali slediti podobnemu cilju z vsemi svetovnimi astronomskimi viri. "Ne smemo pozabiti, da razmislimo o začetni eksploziji," dodaja. "Stvari se lahko še vedno zgodijo, zato moramo paziti na to."

Za zdaj se pozornost astronov še vedno fiksira na kilonovi v NGC 4993. Zemljina orbitalna gibanja je postavila sonce med nam in oddaljeno galaksijo, vendar pa skriva kilonovo zapahnjeno popotovanje. Ko se naš pogled počisti, bo v decembru veliko svetovnih teleskopskih oči ponovno obrnilo na majhen del neba, ki vsebuje združitev. V vmesnem času bodo objavljeni in objavljeni dokumenti, kariera kovani in ugledi zavarovani. Znanost bo nadaljevala in počakajte na naslednji možni pogled na kilonovo, šepetanje združitve nevtronske zvezde ali, če imamo srečo, nekaj popolnoma novega.

Ta članek je bil prvič objavljen na Scientific American.com. © ScientificAmerican.com. Vse pravice pridržane Sledite Scientific American na Twitterju @SciAm in @SciamBlogs. Obiščite ScientificAmerican.com za najnovejše v znanosti, zdravju in tehnologiji novice.