Обнаружено истинное происхождение золота в нашей Вселенной

Ученые подумали, что получили ответ на вопрос о том, как тяжелые элементы, включая золото, распространяются по Вселенной. Но новый анализ выявил проблему. Согласно новым моделям галактической химической эволюции, столкновения нейтронных звезд даже близко не могут привести к появлению в галактике Млечный Путь изобилия тяжелых элементов.

«Слияние нейтронных звезд не привело к появлению достаточно тяжелых элементов на раннем этапе существования Вселенной, и этого не происходит и сейчас, 14 миллиардов лет спустя», - сказала астрофизик Аманда Каракас из Университета Монаша в Австралии. «Вселенная не сделала их достаточно быстрыми, чтобы объяснить их присутствие в очень древних звездах, и, в целом, просто не хватает столкновений, чтобы объяснить изобилие этих элементов сегодня».

Звезды - это кузницы, производящие большинство элементов Вселенной. В ранней Вселенной, после того, как первичный кварковый суп остыл достаточно, чтобы слиться в материю, он образовал водород и гелий - два самых распространенных элемента во Вселенной.

Первые звезды сформировались под действием силы тяжести, стянув вместе глыбы этих материалов. В термоядерных печах своих ядер эти звезды выковали водород в гелий; затем гелий в углерод; и так далее, сплавляя все более тяжелые элементы по мере того, как заканчиваются более легкие, пока не будет произведено железо.

Само железо может плавиться, но оно потребляет огромное количество энергии - больше, чем производит такое плавление, - поэтому железный сердечник является конечной точкой.

«Мы можем думать о звездах как о гигантских скороварках, в которых создаются новые элементы», - сказала Каракас . «Реакции, которые сплавляют эти элементы, также обеспечивают энергию, которая позволяет звездам сиять на протяжении миллиардов лет. С возрастом звезды производят все более и более тяжелые элементы по мере того, как их внутренности нагреваются».

Чтобы создать элементы тяжелее железа, такие как золото, серебро, торий и уран, требуется быстрый процесс захвата нейтронов, или r-процесс . Это может происходить при действительно мощных взрывах, которые вызывают серию ядерных реакций, в которых атомные ядра сталкиваются с нейтронами, чтобы синтезировать элементы тяжелее железа. Но это должно произойти очень быстро, чтобы радиоактивный распад не успел произойти до того, как к ядру добавятся новые нейтроны.

Теперь мы знаем, что взрыв килоновой звезды, вызванный столкновением нейтронной звезды, является достаточно энергичной средой для протекания r-процесса. Это не оспаривается. Но для производства наблюдаемых нами более тяжелых элементов нам потребуется минимальная частота столкновений нейтронных звезд.

Чтобы выяснить источники этих элементов, исследователи построили модели галактической химической эволюции для всех стабильных элементов от углерода до урана, используя самые современные астрофизические наблюдения и химическое содержание в Млечном Пути. Они включали теоретические выходы нуклеосинтеза и частоту событий.

В ходе работы ученые обнаружили, что частота столкновений нейтронных звезд отсутствует с ранней Вселенной до наших дней. Вместо этого они считают, что причиной может быть сверхновая звезда.

Они называются магнитовращающими сверхновыми и возникают, когда коллапсирует ядро массивной, быстро вращающейся звезды с сильным магнитным полем. Они также считаются достаточно энергичными для того, чтобы происходил r-процесс. Если небольшой процент сверхновых звезд между 25 и 50 массами Солнца является магнитовращающим, это могло бы компенсировать разницу.

«Даже самые оптимистичные оценки частоты столкновений нейтронных звезд просто не могут объяснить явное изобилие этих элементов во Вселенной», - говорит Каракас. «Это было неожиданностью. Похоже, что вращающиеся сверхновые с сильными магнитными полями являются реальным источником большинства этих элементов».

Любопытно, что модели исследователей показали большее образование серебра, чем наблюдалось, и меньшее образование золота. Это говорит о том, что что-то нужно настроить. Возможно, дело в расчетах. Или, возможно, есть некоторые аспекты звездного нуклеосинтеза, которые нам еще предстоит понять, пишет ScienceAlert.