Международная группа физиков сравнила результаты исследований сверхновых и килоновых взрывов с данными телескопа «Джеймс Уэбб». Выяснилось, что самые тяжелые химические элементы, важные для жизни, образовались во время астрономических событий, происходящих под воздействием гравитационных волн.
Все химические элементы, тяжелее железа, образовались в результате астрофизических процессов: термоядерного p-процесса, а также медленного (s-процесс) и быстрого (r-процесс) захватов нейтронов. Более двадцати элементов считаются необходимыми для жизни, как мы её знаем. Большинство из этих элементов имеют порядковый номер выше 35, и образовались в сверхновых во время p-процесса и r-процесса. Два элемента преимущественно рождаются в ходе r-процесса: бром и йод. Последний особенно интересует исследователей.
Авторы нового исследования утверждают… выложен на arXivВ земной коре 96% йода-127 образовалось во время р-процесса. Для его запуска требуются крайне экстремальные условия: высокая концентрация свободных нейтронов по сравнению с количеством ядер, на которые они могут «налипнуть», формируя более тяжелые элементы.
Создание подходящих условий возможно в сверхновых, но есть некоторые проблемы. Прежде всего, такие явления представляют опасность для жизни, если происходят близко к населенным мирам. Вероятно, они спровоцировали множество массовых вымираний на нашей планете. По расчетам ученых, подобные сверхновые в пределах 20 парсек от Земли возникают каждые несколько сотен миллионов лет. Во-вторых, не до конца ясно, насколько эффективен r-процесс в сверхновых и как далеко распространяются новые элементы.
Помимо сверхновых, учёные обращают внимание на килогвардий — столкновения двух нейтронных звёзд или нейтронной звезды с чёрной дырой. У таких событий такой же «радиус убийства», как и у сверхновых, если планете не повезет оказаться на пути гамма-вспышки от события. Но они происходят реже, поэтому менее опасны в долгосрочной перспективе.
Исследователи предполагают, что килогены производят важные для жизни элементы, а гравитационные волны запускают этот процесс. Первое косвенное указание на столкновения нейтронных звезд, теряющих энергию в виде гравитационных волн, появилось при анализе наблюдений за пульсаром PSR B1913+16. подтвердитьБлагодаря изучению гравитационных волн GW170817, возникших при слиянии двух нейтронных звезд.
В 2023 году другая группа ученых проанализировалаСигнал GW170817, полученный LIGO, показал, что при столкновении нейтронных звёзд образовались теллур и лантаноиды. пришлиУчёные, анализировавшие данные «Джеймса Уэбба», изучили килонову, из которой произошла гамма-вспышка GRB 230307А. В килоглове обнаружен теллур.
Процесс R по своей сути создает элементы группами, чьи наибольшие концентрации совпадают со стабильными ядерными конфигурациями. магическими числами нейтроновТаллюр и йод встречаются в одном астрономическом объекте, поэтому, по мнению учёных, при образовании указанных метеоритов вместе с теллуром возник и йод.
Авторы нового исследования предложили проверить гипотезу, изучив содержание иода-129 в лунном regolite. предложилиИзучить состав лунного реголита на содержание плутония-244 для сравнения с концентрацией плутония в осадочных породах с океанского дна за последние 10 миллионов лет. Цель — рассчитать вклад килоновых в обилие тяжелых элементов на Земле.
Йод обладает большей летучестью по сравнению с плутонием и другими тяжелыми элементами, синтезированными в ходе r-процесса. Это оказывает влияние на характеристики межзвездной пыли, содержащей йод, а также на ее распространение в космосе. Вследствие этого предсказание количества плутония в лунном реголите еще возможно, но определение объема йода сложнее.
Если удастся найти йод-129 в лунном реголите, то можно будет подтвердить, что этот элемент действительно образуется в килоновых и разлетается на большие расстояния. Важно отметить, что это первый из предложенных учеными способов проверить влияние килоновых на образование тяжелых элементов.
Йод незаменим для жизни человека, так как входит в состав гормонов, регулирующих множество физиологических функций, таких как обмен веществ, рост, поддержание температуры тела и сердечного ритма. Даже Карл Саган отмечал: «Мы все состоим из вещества звезд».