中性子星の衝突が宇宙の金の大部分を生み出した可能性がある

2 つの都市ほどの大きさの球体が銀河を舞う。それぞれが恒星に相当するその密集した質量は、パートナーを回転させて互いにどんどん近づき、もう一方の存在の限界をかすめていく。100 秒間、彼らの期待に満ちたパ・ド・ドゥは、宇宙全体に重力の震えを送り込む。

ついにダンサーたちは衝突し、彼らの宇宙の体は互いに激突します。他のどんな光よりもエネルギーの高いガンマ線の閃光が、電波、X 線、赤外線ビームとともに彼らの結合から飛び出し、彼らの結合が電磁スペクトル全体に知れ渡ります。

接近して回転し、また衝突すると、中性子と陽子が宇宙空間に放出され、巨大で高温の雲に押し出されて高速で飛び去り、宇宙で最も切望される物質の一部を形成します。

あるいは、別の言い方をすれば、「ゼリードーナツを2つ取って、それをぶつけ合うようなものです」とダン・ケーセン氏は言う。理論天体物理学者のケーセン氏は、最近、可視光線だけでなく重力波検出器でも2つの中性子星の合体を観測したと発表した4,000人の科学者の1人である。

この中性子星の合体の観測は、初めてのことなので興奮させられる。しかし、これが最後ではないだろう。研究者は、中性子星の合体は天の川銀河内で約 1 万年に 1 回発生すると推定しているが、世界中の重力波観測所や望遠鏡の努力により、はるかに遠くの銀河まで観測できる。これらの技術を使用することで、天文学者はこのようなイベントを年間 3 ～ 12 回、あるいはそれ以上追跡できるようになるかもしれないと期待されている。

複数のイベントを観察することで、まったく新しい研究の道が開かれるはずです。中性子星はすべて同じというわけではなく、多様性を加えることで、科学者は銀河系で何が起こっているのかをより明確に理解できるようになります。「2 つの中性子星の衝突や 2 つのブラックホールの衝突は見てきましたが、中性子星とブラックホールが衝突するとどうなるのでしょうか」と Kasen 氏は言います。「次の疑問は、イベントの範囲はどの程度で、それぞれ異なる現象が起きるのかということです。」

重金属

この発見には、世界中の観測所からの結果を分析した科学者たちの数ヶ月に及ぶ作業が必要だった。この出来事に関する論文はまだ執筆中だが、これまでのところ、この衝突の最も興味深い点の 1 つは、宇宙のより重い元素のほとんどがどこから来たのかが明らかになったことだ。

核爆弾のウラン、携帯電話の希土類元素、家の中で交換しなければならなかった鉛塗料、そしてもちろん、首や指につけている金。これらすべての元素の約半分は、中性子星の合体によって放出された輝く物質の雲から生まれたものです。

中性子星が衝突した次の瞬間、中性子を多く含む粒子のスープが混ざり合い、集まり始め、鉄のような元素が形成され、さらに重い元素が形成されました。その間も雲は広がり続けています。

「これは、光速の数十分の一の速度で放出された低密度のきのこ雲にすぎません。1日後には、この破片の雲は太陽系ほどの大きさにまで広がります」とケーセン氏は言う。

それは銀河全体に広がり、近くの恒星、星雲、惑星に宇宙の破片を飛ばし、重い元素を負荷した。最近観測された中性子星の合体では、物質のせん断負荷は地球の質量の2,300倍に相当した。個々の元素に分解すると、地球の約10個が純金になる。

しかし、これらの元素はまだ惑星に融合しておらず、巨大なピンボールのように宇宙を飛び回っている。それらはまだ漠然としていて、断片化しており、移動している。それらは、ビッグバン以来存在していた水素やヘリウムなどの粒子と、大質量星や矮星の爆発によって生成されたより軽い元素と結合している。

「銀河はあらゆるものをリサイクルするのに優れています」と、最近の LIGO の発見に関わったロチェスター工科大学の天体物理学者リチャード・オショーネシーは言う。オショーネシーは、銀河を移動すると、元素のガスが熱くなったり冷えたり、流れたり混ざったりして、互いに混ざり合い、物質を宇宙全体に分配すると説明する。

岩のように頑丈

しかし、金はどのようにして銀河系を漂っていた状態から、地球に固定され、結婚指輪の形に定着したのでしょうか? 惑星地質学者たちは、まだ詳細を解明中です。太陽系の初期には、周囲を漂っていたガスの一部が崩壊して星を形成し、その星の周りにさらに多くのガスと塵が集まり、その星の周りに円盤を形成し始めました。当時は高温で、物質が密集していました。

熱の部分は、初期段階では特に重要です。初期の太陽系に漂う他のすべての物質から金属を分離する場合、恒星や放射性元素からの熱が極めて重要です。

「固体の岩石と固体の金属は、実際には互いに相対的に動くことができません」とハーバード大学の惑星地質学者レベッカ・フィッシャーは言う。「しかし、物体が溶け始めるほど高温になると、それらは互いに流れて行くことができます。」

次に何が起こるかは、元素の挙動によって異なります。一部の物質は、溶けて他の物質と混ざり合い、酸化物や化合物を形成します。しかし、金やプラチナなどの一部の物質は金属のままであり、他の物質とそれほど簡単には混ざりません。これらの高密度の金属の塊は、溶融物の内部に沈み込み、冷却されて、岩石と金属の層がほとんど分離した固体になります。

しかし、その天体は混み合っていたことを忘れてはならない。やがて、それらの天体自体が激しい衝突によってばらばらになり、金属と岩石の両方からなる小惑星が初期の太陽系に散らばった可能性がある。

やがて、より大きな惑星が形成され始め、地球の中心部に金属が沈み込み、地球の核が作られました。現在地球の表面に見られる金属がどのようにしてそこにたどり着いたかについては、まだ議論が続いていますが、地球の核が形成され、外層が固まった後、金属や岩石の物体の大規模な衝突によって、土壇場で地球の上層に金属が追加され、研究者が「後期ベニヤ」と呼ぶものが地球に加わったと考える人もいます。

地球内部の熱によって金やプラチナなどの金属が分離し続け、温泉や火山の活動によって金が地表に近づきました。風と水が岩を切り裂き、地殻変動によって山が隆起し、峡谷が引き裂かれると、ついに金が地表に現れました。やがて人類は、この輝く物質でできることが実にたくさんあることに気付きました。人々は金と取引するだけでなく、金のために戦い、金で崇拝し、金で永遠の愛を表現するのです。そして、すべてはずっと昔、宇宙のダンスフロアで2つの中性子星がぶつかったときに始まりました。