Как возникает золото во Вселенной: с лучшим объяснением этого процесса что-то не так

В 2017 году астрофизики обнаружили килоновую, возникшую в результате слияния двух нейтронных звезд. Хотя во время этого взрывного события было создано большое количество золота, ученые просто не наблюдали достаточного количества килоновых, чтобы объяснить, каким количеством золота (и других очень тяжелых химических элементов) в настоящее время обладает Вселенная. Лучшими кандидатами на компенсацию разницы были классы энергичных сверхновых с коллапсом ядра. Теперь, когда их исключили, тайна неожиданно углубилась, пишет Big Think.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

С астрофизической точки зрения очень немногие события в космосе способны создать самые тяжелые химические элементы. Откуда в конечном итоге взялись эти элементы, в том числе серебро, йод, вольфрам, платина, золото, ртуть, уран и другие? На протяжении всего 20 века и большей части 2000-х годов у ученых были только теоретические предположения, но не было повреждений.

В 2017 году обнаружили пару сливающихся нейтронных звезд, в результате чего возникло взрывное событие под названием килоновая, которое приводит к появлению черных дыр. Это было лишь 8 подобное событие, которое обнаружили ученые. В результате этого слияния было создано большое разнообразие тяжелых элементов, включая такое количество золота, что, если бы его поместили на весы, то оно весило бы примерно в 20 раз больше, чем Луна. Также стало известно, что были созданы уран и платина, а общая масса всех элементов составила примерно 5% массы Солнца.

Казалось, что загадка появления золота раскрыта. Этот элемент, как и практически все другие тяжелые элементы в основном производилось в результате слияний нейтронных звезд с нейтронными звездами, решили ученые. Но 7 лет спустя количество золота, присутствующего во Вселенной, уже нельзя объяснить только слиянием нейтронных звезд.

Астрофизики обнаружили еще слияния нейтронных звезд, то в отличие от первого события, они не создали килоновую и каких-либо тяжелых элементов. То есть событие 2017 года остается единственным наблюдаемым напрямую слиянием нейтронных звезд, в результате которого образовались тяжелые химические элементы.

Поэтому ученые пришли к выводу, что первоначальная оценка, согласно которой примерно 100% самых тяжелых элементов во Вселенной образовалась в результате слияния нейтронных звезд, больше не согласуется с собранными данными. Должно быть существует и другой механизм и есть три возможных объяснения.

• Возможно, скорость слияния нейтронных звезд с нейтронными звездами, приводящая к образованию килоновых, в прошлом была выше, чем сейчас.

Данные, собранные на сегодня, не показывают никаких признаков эволюции скорости слияния нейтронных звезд с нейтронными звездами. Но исключать такой сценарий пока нельзя. Нейтронные звезды возникают после погибли обычных звезд в результате взрыва сверхновой. Если вы хотите увидеть слияние нейтронных звезд с другими нейтронными звездами, следует обратить внимание на среду, в которой массивные звезды формировались, жили и умирали в течение нескольких сотен миллионов лет.

Сегодня новые звезды формируются относительно в небольшом количестве по сравнению с потоком звездообразования в более ранние периоды космической истории. Вполне вероятно, что в то время, когда формировалось больше звезд, формировалось и сливалось больше нейтронных звезд, и что большинство самых тяжелых элементов Вселенной образовались очень давно.

• Возможно, самые яркие и энергичные сверхновые создают больше тяжелых элементов, чем ожидалось.

В ядрах звезд могут формироваться элементы только определенных групп, максимум, что может создать звезда – это железо, никель и кобальт. Но если во время взрыва сверхновой к существующим тяжелым элементам добавляются нейтроны, то вполне можно предположить, что время таких событий создаются еще более тяжелые химические элементы.

Но астрономы недавно провели анализ остатка сверхновой, ответственной за самый яркий гамма-всплеск за всю историю, и определила, что даже такие сверхмощные энергетические события не создают очень тяжелых элементов.

• Возможно обычные звезды создают тяжелые элементы, медленно добавляя нейтроны к ранее существовавшим в изобилии элементам.

В ядрах массивных звезд происходят реакции термоядерного синтеза, которые действительно часто производят нейтроны, но в течение многих тысяч лет, а не сразу во время быстрого взрыва сверхновой. Эти нейтроны могут быть поглощены любым ядром атома и таким образом может появиться новый элемент, который будет находится дальше в периодической таблице.

Этот процесс хорошо изучен, и он действительно происходит в звездах и отвечает за появление значительной части элементов: в том числе олова, бария, вольфрама, ртути и даже свинца. Но с помощью этого процесса невозможно создать элементы тяжелее висмута, поскольку, когда висмут-209 захватывает нейтрон, он сначала распадается на полоний, а затем распадается обратно на свинец, предотвращая образование самых тяжелых элементов, таких как радон, радий, торий, уран и плутоний.

Если сложить все вместе, то окажется, что ученые все еще не понимают, как возникли самые тяжелые элементы во Вселенной. Должно быть в космосе происходит что-то еще, чего астрофизики пока не знают, что и приводит к появлению огромного количества тяжелых химических элементов.

Как уже писал Фокус, физики из ЦЕРН приблизились к обнаружению неизвестных частиц.