科学の最大の功績の 1 つは、私たちがどこから来たのかを説明したことです。個々の人、種、または惑星としてではなく、ものとして説明しました。 、まさに私たちが作っている素材です。ビッグバンは、陽子と中性子を構成する電子とクォークなど、私たちの生活の基本的な粒子をすべて作り上げました。その初期の宇宙全体は、原初の混沌から物質を作り出していました。しかし、宇宙が膨張するにつれて強力な炉は冷却され、最初の調理では、3 番目に軽い元素であるリチウムよりも重い原子はほとんど生成されませんでした。宇宙がそこで創造をやめていたら、かなり退屈だったでしょう.
非常に魅力的で親しみやすい物語の中で、（とにかく、天文学者にとっては）事実上就寝時の快適な読書であり、死にかけている星が宇宙の残りの問題を提供しました。瀕死の星の外層における超新星やその他の強力なプロセスは、小さな核を互いに溶接し、ますます重い原子核を構築しました.この観察は、カール セーガンの有名な言葉に影響を与えました。
しかし、そのロマンチックな話は完全ではありません。特定の重い原子核は、死にゆく星では大量に作られません。そのため、私たちが目にする多種多様な元素は、どこか別の場所からもたらされたに違いありません。しかしここで？考えられる可能性の 1 つは、宇宙の最も奇妙な住人の一部である中性子星です。中性子星は、太陽よりも重い星の爆発の非常に高密度の残骸です。これらの奇妙な物体間の衝突は、短時間ガンマ線バースト (GRB) として知られる非常に明るい爆発を引き起こします。これらのビッグバンは、金やその他の大きな原子核を作るための適切な成分と十分なエネルギーを提供します. GRB が最初に発見されたのは 1960 年代後半で、違法な核実験を発見するように設計された衛星が代わりに深宇宙からの異常なガンマ線フレアを検出したときです。 (核実験と間違われる可能性のあるその他の出来事については、関連する投稿を参照してください。) 1973 年に軍がガンマ線バーストの発見を機密解除すると、天文学者はそれが何であるかを解明しようと試み始めました… 20 年以上かかった作業です。 .
ガンマ線を天文学で研究するのは本質的に困難です。地球の大気を貫通せず、通常の放射ミラーで反射することもありません。その難しさが (軍の機密と相まって) ガンマ線バーストの謎の解明を遅らせました。実際、会議全体が GRB の性質についての議論に費やされました。これには、GRB が天の川の内側で起こっているのか外側で起こっているのかという基本的な問題も含まれていました。 1990 年代に Burst and Transient Source Experiment (BaTSE) が開始されたことで、適切なデータの欠如が変わり始めました。科学者は BaTSE を使用して、GRB には 2 種類の基本的な種類があることを確認しました。約 2 秒以内に爆発して消える持続時間の短い GRB と、数分間持続する持続時間の長い GRB です。 1997 年頃以降のさらなる証拠は、GRB が実際に天の川の外側からのものであることを示しました。 遠くから見るととても明るいエネルギー。これらはすべての中で最大の強打の一部であり、文字通り何十億年も経った今でも地球上で目にすることができます。
最終的に、より明るく、より一般的な長時間の GRB が極端な超新星 (非常に大質量の星の爆発) であることが明らかになりました。超新星は星形成領域で発生します。つまり、多くの大質量星が速いライフ サイクルを経て爆発する場所です。しかし、重元素の主要な供給源であると考えられている短期間の GRB は、異なるように見えました:2005 年の Nature Derek Fox とその同僚による論文は、X 線と電波観測を使用して特定の短期間の GRB の位置を特定し、それが超新星を抱えている可能性が高い銀河の領域ではないことを明確に示しています。科学者たちはすでに、超新星が短時間の GRB を引き起こすという考えに反対し、中性子星衝突説に目を向けていました。これは、爆発が短いためです。通常の星は爆発するのに 2 秒よりもはるかに長くかかり、その過程で多くの核衝突やその他の楽しいことが起こっています。
対照的に、中性子星同士の衝突は、各星の質量が地球の都市の直径とほぼ同じ球体に詰め込まれているため、非常に迅速に発生します。 (異星人の都市の大きさについては推測していません。) それらは原子でできているのではなく、核物質の一種です。中性子やその他の粒子が高温のコンパクトな球体に詰め込まれています。超新星が水素爆弾である場合、中性子星衝突は神にふさわしい粒子コライダーです。このような短い時間で圧縮および放出されるエネルギーの量は、宇宙で比類のないものです。
鉛原子核が光速の高い割合で互いに衝突する相対論的重イオンコライダーと同様に、中性子星の衝突は一種の溶融と再形成をもたらし、構成要素の核粒子がごちゃまぜになり、興味深い方法で再結合します。 .持続時間の短い GRB の結果の 1 つは、大量の中性子を持つ新しい重い原子の生成です。これは、中性子星が明らかに大量に持っているものです。宇宙のほぼすべての金と、ユーロピウムなどの希土類金属のすべてが、これらの衝突で生まれた可能性があります。
昨年、2 つのグループが別の GRB を観測し、衝突中性子星仮説を支持するさらに強力な証拠を収集しました。天文学者は、GRB の生成物を新しい星や惑星の原材料にどのように組み込むことができるかという問題を含め、いくつかの謎を解決する必要があります。しかし、これらの巨大な衝突が宇宙で最も重要なフォージであることは明らかです。
脚注:
(1) 科学の議論は、データが不足しているときにたいてい興味深いものです。そのため、前世紀の GRB に関する会議の詳細は、歴史的に重要であるにもかかわらず、今日ではあまり科学的価値がありません。ある親戚が、オフィスを片付けたときに、これらの会議の完全に時代遅れの文書を 100 ページほど私に預けました。最近、バージニアからオハイオに引っ越したときに、それらを「失いました」。ごめんね、ドン！
(2) 持続時間の短い GRB は、「ハード」または高エネルギーのガンマ線を生成するため、「ショート ハード バースト」とも呼ばれます。 （ショートハード バーストはしばしば SHB と略されますが、私は頭の中で「シャブ」と発音するのが好きです。ニール スティーブンソンのせいです。）
Matthew Francis は、物理学者、サイエンス ライター、講演者、教育者であり、おしゃれな帽子を頻繁にかぶっています。彼は現在、仮題で宇宙論に関する本を書いています。 Back Roads, Dark Skies:A Cosmological Journey.
