В 2004 году ученые зафиксировали мощную вспышку в гамма-диапазоне от магнетара SGR 1806-20, находящегося в 50 тысячах световых лет от Земли. Нейтронная звезда за несколько секунд выпустила больше энергии, чем Солнце за миллион лет. Причину первой вспышки установили быстро. Но через 10 минут после нее произошла другая, значительно слабее и короче. Её природа оставалась загадкой в течение 20 лет. Сейчас исследователи выяснили, что она сигнализировала о рождении тяжелых элементов, таких как золото и платина.
Большинство элементов, масса которых превосходит массу железа, такие как золото и платина, образуются в экстремальных условиях благодаря явлению, именуемому… r-процесса Образование более тяжелых ядер из легких происходит путем последовательного захвата нейтронов во время ядерных реакций. Раньше полагали, что r-процесс возможен только при столкновении двух нейтронных звезд — сверхплотных остатков умерших светил, состав которых преимущественно нейтронный.
Однако в 2017 году, после первого зафиксированного случая подобного рода Из этого вывела вывод: только столкновений недостаточно для объяснения большого количества тяжелых элементов в Галактике. Учёные стали предполагать, что в космосе существуют ещё какие-то «кузницы» тяжелых элементов.
Тогда исследователи обратили внимание на магнетары Нейтронные звезды обладают магнитными полями, которые в триллионы раз сильнее земных. Эти объекты изредка вырабатывают мощные вспышки гамма- и рентгеновского излучения.
В декабре 2004 года астрофизики стали свидетелями одной из таких вспышек. Ее произвел магнетар SGR 1806-20, расположенный в 50 тысячах световых лет от Земли.
Главный энергетический выброс продлился несколько секунд, за которые нейтронная звезда израсходовала столько же энергии, сколько Солнце излучает за миллион лет. Через 10 минут после основного импульса приборы зафиксировали вторую вспышку, слабее первой, но природа ее оставалась загадкой долгое время.
Группа астрофизиков во главе с Брайаном Метцгером из США Brian MetzgerУчёные из Центра вычислительной астрофизики при Институте Флэтайрон в Нью-Йорке проанализировали данные наблюдений, сделанных космическими телескопами за двадцать лет, и выяснили, что второй сигнал тоже пришёл от магнетара SGR 1806-20. Это событие стало началом образования тяжёлых элементов.
Исследователи считают, что в условиях этой вспышки за считанные минуты произошел р-процесс, из-за чего образовались тяжелые элементы, такие как золото, платина и уран. Масса одного такого «урожая» составила 2×10²⁴ килограмма, что равно массе 27 лун.
Ранее наблюдали образование тяжёлых элементов исключительно во время слияния нейтронных звёзд. Сейчас обнаружен второй подтверждённый источник такого происхождения. объяснил Метцгер.
Исследователи установили, что такие вспышки могут порождать до 10 процентов всех тяжёлых элементов в Млечном Пути. Это раскрывает тайну избытка золота и платины в молодых галактиках по сравнению с расчётами. Магнетары становятся активными раньше, чем происходит столкновение нейтронных звёзд.
Процесс протекает следующим образом: мощная вспышка магнетар сбрасывает слой сверхплотного материала — кору. Выброшенное вещество, насыщенное нейтронами, образует облако, где атомные ядра «захватывают» нейтроны быстрее распада. Так формируются нестабильные тяжелые изотопы, которые со временем превращаются в стабильные элементы: золото, платину, уран. Распад этих изотопов сопровождается всплеском гамма-излучения. В 2004 году зафиксировали этот «светящийся след».
Для выяснения роли магнетаров в образовании тяжелых элементов необходимы новые наблюдения. Задача трудная: мощные вспышки происходят в Млечном Пути раз в несколько десятилетий, а во всей наблюдаемой Вселенной — примерно раз в год. NASA Compton Spectrometer and Imager, запуск которого запланирован на 2027 год.
Научная работа опубликована в The Astrophysical Journal Letters.