Группа международных исследователей вернулась к формированию Солнечной системы 4,6 миллиарда лет назад, чтобы по-новому взглянуть на космическое происхождение самых тяжелых элементов. И обнаружила, как именно же они образовались и во время какого процесса.
Тяжелые элементы, с которыми мы сталкиваемся в нашей повседневной жизни, такие как железо и серебро, не существовали в начале Вселенной 13,7 миллиарда лет назад. Они были созданы во времени в результате ядерных реакций, называемых нуклеосинтезом, которые объединили атомы вместе. В частности, йод, золото, платина, уран, плутоний и кюрий — некоторые из самых тяжелых элементов — были созданы с помощью особого типа нуклеосинтеза, называемого процессом быстрого захвата нейтронов или r-процессом.
Вопрос о том, какие астрономические события могут производить самые тяжелые элементы, оставался загадкой на протяжении десятилетий. Сегодня считается, что r-процесс может происходить во время сильных столкновений между двумя нейтронными звездами, между нейтронной звездой и черной дырой или во время редких взрывов после смерти массивных звезд. Такие высокоэнергетические события происходят во Вселенной очень редко. Когда это происходит, нейтроны включаются в ядра атомов, а затем превращаются в протоны. Поскольку элементы в периодической таблице определяются количеством протонов в их ядрах, процесс r создает более тяжелые ядра по мере захвата большего количества нейтронов.
Некоторые из ядер, образованных в результате r-процесса, радиоактивны, и для их распада на стабильные ядра требуются миллионы лет. Йод-129 и кюрий-247 — два таких ядра, которые были образованы до образования Солнца. Они были включены в твердые тела, которые в конечном итоге упали на земную поверхность в виде метеоритов. Внутри этих метеоритов в результате радиоактивного распада образовался избыток стабильных ядер. Сегодня это превышение можно измерить в лабораториях, чтобы определить количество йода-129 и кюрия-247, которые присутствовали в Солнечной системе непосредственно перед ее образованием.
Почему эти два ядра r-процесса такие особенные? У них есть обычное свойство: они распадаются почти с одинаковой скоростью. Другими словами, соотношение между йодом-129 и кюрием-247 не изменилось с момента их создания миллиарды лет назад.
«Это удивительное совпадение, особенно с учетом того, что эти ядра являются двумя из пяти радиоактивных ядер r-процесса, которые можно измерить в метеоритах. Когда соотношение йода-129 и кюрия-247 застыло во времени, как доисторическое ископаемое, мы можем напрямую взглянуть на последнюю волну производства тяжелых элементов, которая сформировала состав Солнечной системы и всего в ней».
Бенуа Котэ, обсерватория Конколы
Йод с его 53 протонами создается легче, чем кюрий с его 96 протонами. Это связано с тем, что для достижения большего числа протонов кюрия требуется больше реакций захвата нейтронов. Как следствие, соотношение йода-129 и кюрия-247 сильно зависит от количества нейтронов, которые были доступны во время их создания.
Команда рассчитала соотношение йода-129 к кюрию-247, синтезируемые столкновениями нейтронных звезд и черных дыр, чтобы найти правильный набор условий, воспроизводящих состав метеоритов. Они пришли к выводу, что количество нейтронов, доступных во время последнего события r-процесса перед рождением Солнечной системы, не могло быть слишком большим. В противном случае было бы образовано слишком много кюрия по сравнению с йодом. Это означает, что очень богатые нейтронами источники, такие как материя, оторвавшаяся от поверхности нейтронной звезды во время столкновения, вероятно, не играли важной роли.
Так что же создало эти ядра r-процесса ? Хотя исследователи могли предоставить новую информативную информацию о том, как они были созданы, они не смогли определить природу астрономического объекта, который их создал. Это связано с тем, что модели нуклеосинтеза основаны на неопределенных ядерных свойствах, и до сих пор неясно, как связать доступность нейтронов с конкретными астрономическими объектами — такими, как массивные взрывы звезд и сталкивающиеся нейтронные звезды.
С помощью этого нового диагностического инструмента достижения в области астрофизического моделирования и понимания ядерных свойств могут выявить, какие астрономические объекты создают самые тяжелые элементы Солнечной системы.
Читать также:
Физики создали аналог черной дыры и подтвердили теорию Хокинга. К чему это приведет?
Появилась первая панорама Марса. Она состоит из 142 фото!
От Антарктиды отделился гигантский айсберг. Его площадь — 1270 квадратных километров.