Астрофизики показали, какие звезды «рождали» уран и золото
Как образуются химические элементы в нашей Вселенной? Откуда берутся такие тяжелые элементы, как золото и уран?
Все тяжелые элементы, существующие сегодня на Земле, образовались в экстремальных условиях внутри звезд. Исследователей волнует вопрос, какие конкретно события помогли создать самые тяжелые элементы, такие как золото или уран. Наблюдение гравитационных волн и электромагнитного излучения, исходящих от слияния нейтронных звезд, позволило предположить, что многие тяжелые элементы могут образовываться и в таких столкновениях космических объектов. Однако когда и почему происходит выброс материала? Могут ли существовать другие сценарии появления тяжелых элементов?
Черные дыры являются перспективными кандидатами в «генераторы тяжелых элементов», ведь они вращаются вокруг аккреционного диска из плотной и горячей материи. Такая система образуется после слияния двух массивных нейтронных звезд. Внутренний состав аккреционных дисков был до сих пор изучен очень плохо.
Для синтеза тяжелых элементов крайне важен избыток нейронов в аккреционном диске. В таком случае может произойти процесс захвата быстрых нейтронов, ключевую роль в котором играют почти безмассовые нейтрино — они обеспечивают конверсию между протонами и нейтронами. Однако такие ситуации изучены еще хуже.
Исследователи впервые систематически изучили скорость конверсии нейтронов и протонов для большого числа конфигураций аккреционных дисков с помощью сложного компьютерного моделирования. Они обнаружили, что массивные диски очень богаты нейтронами. Чем массивнее диск, тем чаще нейтроны образуются из протонов путем захвата электронов при испускании нейтрино и доступны для синтеза тяжелых элементов.
Однако, если масса диска будет слишком велика, главную скрипку начнёт играть обратная реакция — больше нейтрино будет захватываться нейтронами до того, как они покинут диск. Эти нейтроны затем превратятся в протоны. Исследование показывает, что оптимальная масса диска для активного производства тяжелых элементов — от 0,01 до 0,1 масс Солнца.
Результаты доказывают, что слияния нейтронных звезд, порождающие аккреционные диски с подходящими массами, могут быть местом происхождения значительной части тяжелых элементов. Однако пока неясно, как часто возникают такие аккреционные диски.
Результаты опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
