Происхождение самых тяжелых элементов периодической системы — одна из самых сложных загадок современной физики. Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории представили модель, которая объясняет, как коллапс массивных звезд приводит к образованию таких элементов как уран и плутоний, а также вызывает взрывы килоновых.
Физики предположили, что когда ядерное топливо в массивной звезде заканчивается, в ее центре образуется быстро вращающаяся черная дыра. Экстремальная гравитация закручивает магнитное поле, создавая мощный джет, прорывающийся сквозь звезду. Высокоэнергетические фотоны этого джета превращают внешние слои звезды в нейтроны, запуская цепочку реакций, необходимых для синтеза сверхтяжелых элементов.
Создание тяжелых элементов требует экстремальных условий. В космосе существует всего несколько жизнеспособных, но редких сценариев, в которых могут образовываться эти элементы, и все такие места требуют высокого содержания нейтронов. Мы предлагаем новое явление, в котором эти нейтроны не существуют заранее, а динамически производятся в звезде.
Мэтью Мампауэр, физик из Лос-Аламоса
Модель основана на быстром процессе захвата нейтронов, или «r-процессе». Он считается ответственным за производство всего естественного тория, урана и плутония во Вселенной. Проблема в том, что свободные нейтроны живут очень недолго – всего около 15 минут, что ограничивает возможные сценарии их образования в достаточном количестве.
Согласно новой гипотезе, джет прорывается сквозь звезду, создавая горячий кокон материала вокруг себя — «как грузовой поезд, пробирающийся через снег». На границе джета фотоны взаимодействуют с атомными ядрами, превращая протоны в нейтроны и разрушая существующие ядра на отдельные нуклоны.
Заряженные протоны захватываются в джете магнитными полями, а не имеющие заряда нейтроны выталкиваются в окружающий кокон. Там они достигают плотности, достаточной для запуска r-процесса, в результате которого формируются тяжелые элементы, впоследствии разлетающиеся в космическое пространство при окончательном разрушении звезды.
Новая модель может объяснять и килоновые – вспышки оптического и инфракрасного излучения, связанные с длительными гамма-всплесками. Считается, что такие взрывы возникают при слиянии нейтронных звезд или нейтронной звезды с черной дырой. Умирающие звезды с экстремальными джетами — еще одно возможное объяснение.
Читать далее:
Оружие будущего: Япония запустила снаряды из рельсотрона со скоростью 8000 км/ч
Целый океан исчез на Земле: как это изменило историю нашей планеты
Эйнштейн ошибся: возможно, пространства-времени вообще не существует
Иллюстрация на обложке: Los Alamos National Laboratory