Истоки тяжелых элементов Солнечной системы, таких как золото и платина, вызывают большой интерес у астрономов. Одна из самых популярных теорий заключается в том, что они были разбросаны по космосу в результате столкновений нейтронных звезд.
Новое исследование, однако, нашло другое происхождение: часто пропускаемый тип звездного взрыва, или сверхновая. Они, утверждают исследователи, могут быть ответственны как минимум за 80 процентов тяжелых элементов во Вселенной.
Конкретным типом данного вопроса являются коллапсарные сверхновые, образованные быстро вращающимися звездами, более чем в 30 раз превышающими массу Солнца; они впечатляюще взрываются, прежде чем рухнуть в черные дыры.
«Наши исследования слияний нейтронных звезд привели нас к мысли, что рождение черных дыр при совершенно другом типе звездного взрыва может привести к еще большему количеству золота, чем слияния нейтронных звезд», — сказал физик Дэниел Сигел из Университета Гуэлфа.
Обнаружение столкновений нейтронных звезд в 2017 году дало первые убедительные доказательства того, что в результате таких столкновений образуются тяжелые элементы. В электромагнитных данных, полученных GW 170817, ученые впервые обнаружили производство тяжелых элементов, включая золото, платину и уран.
Как мы ранее сообщали, это происходит потому, что мощный взрыв, такой как сверхновая или звездное слияние, может вызвать быстрый процесс захвата нейтронов или r-процесс — серию ядерных реакций, в которых атомные ядра сталкиваются с нейтронами, чтобы синтезировать элементы тяжелее чем железо.
Реакции должны происходить достаточно быстро, чтобы радиоактивный распад не мог произойти до того, как в ядро будет добавлено больше нейтронов, что означает, что это должно произойти там, где вокруг много плавающих свободных нейтронов, таких как взрывающаяся звезда.
В случае GW 170817 эти элементы r-процесса были обнаружены в диске из материала, который распустился вокруг нейтронных звезд после их слияния. Работая над пониманием физики этого, Зигель и его команда поняли, что такое же явление может происходить в связи с другими космическими взрывами.
Так, используя суперкомпьютеры, они моделировали физику коллапсарных сверхновых.
«Восемьдесят процентов этих тяжелых элементов, которые мы видим, должны быть получены из коллапсаров», — сказал Сигел.
«Коллапсары довольно редки в случаях возникновения сверхновых, даже более редких, чем слияния нейтронных звезд, но количество вещества, которое они выбрасывают в космос, намного выше, чем количество слияний нейтронных звезд».
Более того, количество и распределение этих элементов, полученных при моделировании, были «удивительно похожи» на то, что мы имеем здесь на Земле, отметил он.
Значит ли это, что 0,3 процента элементов r-процесса Земли не произошли в результате столкновения нейтронной звезды 4,6 миллиарда лет назад, как обнаружила другая группа астрономов в начале этого года? Ну, не обязательно. Согласно параметрам моделирования Зигеля, до 20 процентов этих элементов могли все еще происходить из-за столкновений с нейтронными звездами и черными дырами.
Команда надеется, что космический телескоп Джеймса Уэбба, который в настоящее время планируется к запуску в 2021 году, сможет пролить больше света на этот вопрос. Его чувствительные приборы могли обнаружить излучение, указывающее на коллапсарную сверхновую в далекой галактике, а также элементное изобилие через Млечный путь.
«Попытка определить, откуда берутся тяжелые элементы, может помочь нам понять, как галактика была химически собрана и как образовалась галактика», — сказал Сигел.
«Это может на самом деле помочь решить некоторые большие вопросы в космологии, так как тяжелые элементы являются хорошим индикатором».
Исследование было опубликовано в журнале .