研究者たちは、地球から何百万光年も離れたところで金が作られるのを観察した

指の指輪や携帯電話の主要コンポーネントの起源を説明するのに役立つ、天文学と物理学にとって画期的な瞬間に、科学者たちは 2 つの中性子星の衝突を初めて検出したと発表しました。

この衝突 -- 雑誌に掲載された複数の研究で 1,000 人以上の科学者によって報告されている科学そして自然 - 金やその他の重金属の起源を説明します。これらには、銀、プラチナ、鉛などが含まれます。

「この（ウェディング）バンドの素材が、それぞれ都市の大きさと太陽ほどの質量を持つ2つの中性子星の衝突で作られたと想像するのは注目に値する」と理論物理学者のアヴィ・ローブ氏は電子メールで述べた。

今のところ証拠はない

科学者たちは、これがこれらの重くて貴重な元素がどのようにして形成されたのかを長年疑っていましたが、これまでにその具体的な証拠はありませんでした。

重元素発見チームを率いた天体物理学者エド・バーガー氏はインタビューで、「周期表上の最も重い元素が実際にどのように形成されるのかについて直接的な証拠を得たのは初めてだ」と語った。

「この問題は、理論家の間で議論を行ったり来たりしながら、少なくとも過去40～50年にわたって議論されてきたことだが、この問題全体を導くためのデータはまったくない」と同氏は付け加えた。

「そしてこの出来事では、周期表がどのように形成されたかについての物語を完成させる、重元素の形成の痕跡が見られます。」

これら 2 つの中性子星が互いに衝突する様子を観察するには、科学者が蓄積しつつある最先端のツールが活用されました。信じられないことに、研究者たちは中性子星の衝突の結果を聞くことも見ることもできました。

8月17日、双子はLIGO 検出器ルイジアナとワシントンのイタリアの乙女座とともに、私たちの空間を通過する重力波と一致する、時空の構造の微妙な伸縮を感じました。波紋は私たち一人一人を通って伝わりましたが、地球上の誰もそれを知りませんでした。

直後ライゴと乙女座それらの重力波を感じた科学者たちは、それが空のどこから来て、何がそれらを作ったのかを解明しようと、狂ったように争奪戦を始めた。

チームの努力

バーガー氏によると、地球上のほぼすべての大型望遠鏡と宇宙にある一部の望遠鏡は、衝突して衝撃波を宇宙に送り出した中性子星を見つけるために使われていたという。

既知の宇宙で最も極端な爆発の一つであるガンマ線バーストを検出するように設計されたスウィフト衛星を使用するチームは、LIGOが信号を感知してから約16分後に信号の捜索を開始した。この検索は、LIGO から送信された自動テキストメッセージによって促されました。

「基本的に、私たちはLIGOからこの物体が検出されたというテキストメッセージを受け取りました。テキストメッセージを受信してから16分後にスウィフトに対応物を探し始めさせました」とペンシルバニア州立大学に本拠を置くスウィフトの科学事業責任者のジェイミー・ケニア氏は述べた。とインタビューで語った。

「ここでの私たちの方向転換は非常に迅速でした。しかし、その時点では、私たちは空のこの非常に広い領域を探索していたため、実際にこの対応物を含む空の領域を実際に見ることができたのは、約半分強でした」 LIGOが検出された翌日だ」と彼は語った。

マッシュ可能な光の速度

フェルミ衛星は、中性子星の衝突に関連すると思われるガンマ線バーストを検出した。チャンドラ X 線天文台もこの活動に参加し、合併の余波を観察しました。

「光と重力波のこの組み合わせはまったく新しく、非常にエキサイティングです。」

多くの地上の望遠鏡も、重力波に関連する光の痕跡が実際に存在することを確認するための観測を行った。そのため、科学者たちは、LIGOが検出したものと一致する変化を視覚的に確認することができました。

LIGOとVirgoは重力波を検出していましたが、衝突するブラックホール過去には、これらの観測に関連する光の兆候は存在しませんでした。

宇宙で衝突する 2 つの物体の光を実際に観察しながら、これらの高感度検出器によって提供される重力波データを解析できることにより、科学者は衝突と衝突した物体についてこれまでよりもはるかに多くのことを知ることができました。前に。

LIGOの天体物理学者ヴィッキー・カロゲラ氏は声明で、「光と重力波のこの組み合わせはまったく新しく、非常に刺激的だ。この種の観測はこれまでなかった」と述べた。

「米国に 2 台、イタリアに 1 台の計 3 台の検出器からの重力波信号を利用して、電磁スペクトルを横断して研究している電磁気学の同僚たちに、一対の中性子星を見つけるために空のどこに望遠鏡を向けるべきかを伝えることができました。」

光るものはすべて金だ

重力波データとより従来型の望遠鏡観測を組み合わせることで、バーガー氏と彼のチームは、衝突によって地球上でよく知られている重元素が生成されたことを解明することができました。

科学者チームは、合体によって放出される光のデータとスペクトルを調べ、それがこれらの不安定な放射性元素が形成された直後に生成されるはずのスペクトルと強度と一致すると判断しました。

「中性子星の連星合体がこれらの重元素の形成につながるという理論的考え方は、長い間存在しています「そのアイデアは、2 つの中性子星の間の衝突で、中性子星の地殻からの物質の一部が非常に高速で放出され、この物質には定義上、多くの物質が含まれているということでした。」中性子。」

「つまり、これらの元素の原子核は主に中性子であり、陽子というよりも中性子であるため、ここはこれらの重元素の形成にとって理想的な場所と言えます。」

合計すると、中性子星の衝突により地球の質量の10,000倍以上の重金属が生成され、金だけでも地球の質量の約10倍となることが判明した。

とても多いように聞こえるかもしれないが、バーガー氏によれば、こうした出来事はまだ比較的まれであり、したがってこれらの金属は宇宙全体でかなり希少であるという。

それらの原子は、現在地球上にある金やプラチナの原子が太陽の周りを回る破片の輪から凝縮して、40億年以上前に私たちの誕生したばかりの惑星の形成に貢献したのと同じように、どこにでも定住するために宇宙中を移動している。

バーガー氏によると、この発見は、中性子星の合体が、今日私たちが携帯電話や宝飾品に使用している金、銀、プラチナ、その他の元素を宇宙に播種する役割を果たしているということを事実上裏付けているという。

超新星爆発では一部の重元素が生成される可能性があるが、その量は爆発中に大量に生成される他の軽い元素に比べて少ないとバーガー氏は述べた。

「金メッキの結婚指輪を見るたびに、このLIGOイベントを思い出します。」

また、他の種類の衝突や珍しい出来事が、今日地球上や宇宙で見られる重元素の生成に関与している可能性もあります。私たちはまだそれを理解していないだけです。

「ブラックホール合体に関する最初のLIGOイベントと同様に、これは私たちの天体物理学コミュニティが誇るべきことだ」と中性子星合体に関する新しい研究の著者ではないローブ氏は電子メールで述べた。 LIGOを用いた重力波の検出、最初に起こったのは2015年、今年ノーベル物理学賞を受賞。

「私たちは最終的に何が観察されるかを予測しました」とローブ氏は語った。「これにより、私たちが話していることを理解しているという自信が得られます。」

この最新の発見はさまざまな意味で大きな初の発見であるが、この本が重力波科学に終止符を打っているわけではない。

研究者たちは、これらの極端な爆発とその余波で他に何が起こっているのかを正確に把握するために、これらの中性子星の衝突をさらに観察したいと依然として望んでいる。

アーティストによる衝突のイラスト。クレジット: カリフォルニア工科大学

たとえば、これらの中性子星が合体後にどうなるのかは、まだ正確には不明です。

「その合体後の残骸は、巨大な超中性子星である可能性があり、その場合、それは私たちがこれまでに見た中で最も重い中性子星になる可能性が非常に高く、あるいはブラックホールに崩壊した可能性があり、その場合は、私たちがこれまでに見た中で最も軽いブラックホールになるだろう」とノースウェスタン大学のLIGO天体物理学者シェーン・ラーソン氏はインタビューで語った。

「この出来事から言えることはまだ十分ではありません。」

これは今でも、人を立ち止まらせ、宇宙に驚嘆させる発見の一つです。特に宇宙科学の研究で、立ち止まって世界を違った見方で見るようになることはめったにありませんが、この研究はそうです。

あなたの時計、ジュエリー、携帯電話を構成する原子はすべて、2 つの超大質量星が衝突したときに形成されました。LIGO とそれを監視している何千人もの科学者がいなかったら、私たちはそのことを知ることはなかったでしょう。