Астрономы с большим интересом изучают происхождение тяжелых элементов Солнечной системы, таких как золото и платина. Самая распространенная теория утверждает, что эти элементы распределились по космосу в результате столкновений нейтронных звезд.
Новое исследование установило другое происхождение: часто пропускаемый тип звездного взрыва, или сверхновая, может быть ответственен как минимум за 80 процентов тяжелых элементов во Вселенной, утверждают исследователи.
Коллапсарные сверхновые — это конкретный тип вопроса. Образуются такие сверхновые из быстро вращающихся звезд, масса которых превосходит массу Солнца более чем в 30 раз. В результате взрыва они впечатляюще разрушаются, а затем падают в черные дыры.
Исследования слияний нейтронных звезд показали, что рождение черных дыр при другом типе звездного взрыва может привести к большему количеству золота, чем слияния нейтронных звезд, – заявил физик Дэниел Сигел из Университета Гуэлфа.
Открытие столкновений нейтронных звезд в 2017 году предоставило первые убедительные доказательства образования тяжелых элементов в ходе таких событий. В электромагнитных данных GW 170817 ученые впервые зафиксировали производство тяжелых элементов, среди которых золото, платина и уран.
Ранее сообщалось о причине этого: мощный взрыв, такой как сверхновая или слияние звезд, может спровоцировать быстрый процесс захвата нейтронов или r-процесс – серию ядерных реакций, в которых ядра атомов сталкиваются с нейтронами, синтезируя элементы тяжелее железа.
Для ускорения реакции нужно, чтобы разложение радиоактивных элементов не успевало за пополнением ядер нейтронами. Это возможно только в условиях большого количества свободно движущихся нейтронов, например, в сверхновой.
При GW 170817 элементы r-процесса обнаружили в диске из вещества, образовавшегося после слияния нейтронных звезд. Изучая эту физику, Зигель и его команда поняли, что такое же явление может происходить при других космических взрывах.
С помощью суперкомпьютеров моделлировалась физика коллапсарных сверхновых.
По словам Сигеля, восемьдесят процентов этих тяжёлых элементов, которые мы наблюдаем, должно быть получено из коллапсар.
Коллапсары встречаются при образовании сверхновых реже, чем сливающиеся нейтронные звезды. Однако масса выброшенного ими вещества превосходит массу вещества, выделяемую при слияниях нейтронных звезд.
Моделирование показало, что количество и расположение таких элементов удивительно схоже с тем, что есть на Земле.
Может ли это означать, что 0,3 процента элементов r-процесса Земли не образовались в результате столкновения нейтронной звезды 4,6 миллиарда лет назад, как выяснила другая группа астрономов в начале этого года? Возможно, нет. По модели Зигеля до двадцати процентов этих элементов могли все еще образовываться из-за столкновений с нейтронными звездами и черными дырами.
Команда надеется, что космический телескоп Джеймса Уэбба, запланированный к запуску в 2021 году, даст больше ответов на этот вопрос. Его чувствительные приборы смогут обнаружить излучение, указывающее на коллапсарную сверхновую в далекой галактике, а также составы элементов через Млечный Путь.
Определение происхождения тяжёлых элементов позволит глубже понять химический состав и эволюцию нашей галактики.
Этот метод действительно может способствовать решению ряда важных проблем космологии, поскольку тяжёлые элементы выступают надёжным маркером.
Исследование было опубликовано в журнале .