Ученые сочли золото и уран порождениями черных дыр
Моделирование процессов захвата нейтронов позволило сделать выводы относительно условий образования самых тяжелых элементов в экстремальных условиях астрофизической среды.
Исследовательская группа из немецкого Института тяжелых ионов (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung) совместно с коллегами из Бельгии и Японии обнаружила, что синтез тяжелых элементов типичен для определенных черных дыр с вращающимися скоплениями вещества — так называемых аккреционных дисков. Результаты научной работы опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Согласно последним исследованиям, все тяжелые элементы на Земле образовались в экстремальных условиях астрофизической среды: внутри звезд, при звездных взрывах и во время столкновения нейтронных звезд. Перед учеными оставался неразрешенный вопрос насчет астрофизических событий, которые создают подходящие условия для образования самых тяжелых элементов, таких как золото или уран.
Первое наблюдение гравитационных волн и электромагнитного излучения, возникающих в результате слияния нейтронных звезд в 2017 году, показало, что в этих космических столкновениях могут образовываться и высвобождаться многие тяжелые элементы. Однако остается открытым вопрос о том, когда и почему материал выбрасывается, и могут ли быть другие сценарии, в которых могут быть произведены тяжелые элементы.
По мнению экспертов, главными кандидатами на образование тяжелых элементов являются черные дыры, вращающиеся вокруг аккреционного диска из плотного и горячего вещества. Такая система образуется как после слияния двух массивных нейтронных звезд, так и во время так называемого коллапсара, коллапса и последующего взрыва вращающейся звезды.
Внутренний состав таких аккреционных дисков до сих пор не изучен, особенно в отношении условий, при которых образуется избыток нейтронов. Большое количество нейтронов является основным требованием для синтеза тяжелых элементов, поскольку оно обеспечивает быстрый процесс захвата нейтронов или r-процесс. Практически безмассовые нейтрино играют ключевую роль в этом процессе, поскольку они обеспечивают преобразование между протонами и нейтронами.
«В нашем исследовании мы впервые систематически исследовали скорость преобразования нейтронов и протонов для большого количества конфигураций дисков с помощью сложных компьютерных симуляций. Мы обнаружили, что диски очень богаты нейтронами при соблюдении определенных условий. Решающим фактором является общая масса диска. Чем массивнее диск, тем чаще нейтроны образуются из протонов в результате захвата электронов при испускании нейтрино и доступны для синтеза тяжелых элементов с помощью r-процесса. Однако, если масса диска слишком велика, обратная реакция играет повышенную роль, так что нейтроны повторно захватывают больше нейтрино, прежде чем они покинут диск. Эти нейтроны затем превращаются обратно в протоны, что препятствует r-процессу», — объясняет доктор Оливер Джаст из исследовательского отдела GSI Theory.
Ранее в уникальном алмазе из нижней мантии Земли обнаружили кристаллы неуловимого минерала.