Контракты.ua

2446  —  21.11.21
Астрофизики считают, что из черных дыр случайно может получиться золото
Астрофизики считают, что из черных дыр случайно может получиться золото

Во Вселенной может быть больше способов выковывать тяжелые элементы, чем мы думали.  

Создание металлов, таких как золото, серебро, торий и уран, требует энергетических условий, таких как взрыв сверхновой или столкновение нейтронных звезд.

Однако новая статья показывает, что эти элементы могут образовываться в закрученном хаосе, который окружает активную новорожденную черную дыру, когда она поглощает пыль и газ из пространства вокруг себя.

В этих экстремальных условиях высокая скорость испускания нейтрино должна способствовать превращению протонов в нейтроны, что приводит к избытку последних, необходимому для процесса, производящего тяжелые элементы.

“В нашем исследовании мы впервые систематически исследовали скорость преобразования нейтронов и протонов для большого числа конфигураций дисков с помощью сложных компьютерных симуляций, и мы обнаружили, что диски очень богаты нейтронами при соблюдении определенных условий“, - сказал астрофизик Оливер Джаст из Центра исследований тяжелых ионов GSI им. Гельмгольца в Германии.

Вначале, после Большого взрыва, вокруг не было много элементов. Пока звезды не родились и не начали сталкивать атомные ядра в своих ядрах, Вселенная была супом, состоящим в основном из водорода и гелия. Звездный ядерный синтез наполнил космос более тяжелыми элементами, от углерода до железа для самых массивных звезд, просеянных через космос, когда звезда умирает.

Но железо - это то место, где ядерное синтезирование встречается с трудностями. Тепло и энергия, необходимые для производства железа путем синтеза, превышают энергию, генерируемую процессом, что приводит к падению температуры ядра, что, в свою очередь, приводит к гибели звезды в захватывающем взрыве - сверхновой.

Это тот впечатляющий взрыв (и взрыв сталкивающихся нейтронных звезд), в котором сплавлены более тяжелые элементы. Взрывы настолько сильны, что атомы, сталкиваясь с силой, могут захватывать нейтроны друг от друга.

Это называется процессом быстрого захвата нейтронов или r-процессом; это должно произойти очень быстро, чтобы радиоактивный распад не успел произойти до того, как к ядру добавятся новые нейтроны.

Неясно, существуют ли другие сценарии, в которых может иметь место r-процесс, но новорожденные черные дыры являются многообещающим кандидатом. А именно, когда две нейтронные звезды сливаются, и их совокупная масса достаточна, чтобы склонить вновь образованный объект в категорию черных дыр.

Коллапсары - еще одна возможность: гравитационный коллапс ядра массивной звезды в черную дыру звездной массы.

В обоих случаях считается, что детская черная дыра окружена плотным горячим кольцом материала, кружащимся вокруг черной дыры и питающимся ею, как вода в канализацию. В этих средах нейтрино испускаются в изобилии, и астрономы давно выдвинули гипотезу, что в результате может иметь место нуклеосинтез r-захвата.

Джаст и его коллеги провели обширное моделирование, чтобы определить, так ли это на самом деле. Они варьировали массу и спин черной дыры, массу материала вокруг нее, а также влияние различных параметров на нейтрино. Они обнаружили, что при подходящих условиях нуклеосинтез r-процесса может происходить в этих средах.

“Решающим фактором является общая масса диска“, - сказал Джаст.

“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 больше нейтрино повторно захватывается нейтронами, прежде чем они покинут диск. Эти нейтроны затем превращаются обратно в протоны, что препятствует r-процессу“

Эта золотая середина, в которой тяжелые элементы производятся наиболее активно, представляет собой диск с массой от 1 до 10 процентов массы Солнца. Это означает, что слияния нейтронных звезд с массами дисков в этом диапазоне могут быть фабриками тяжелых элементов. Исследователи заявили, что поскольку неизвестно, насколько распространены коллапсарные диски, решение о коллапсарах еще не принято.

Следующим шагом будет определение того, как свет, излучаемый при столкновении нейтронной звезды, можно использовать для расчета массы ее аккреционного диска. “Этих данных в настоящее время недостаточно. Но с помощью следующего поколения ускорителей, таких как Центр исследования антипротонов и ионов (FAIR), в будущем можно будет измерять их с беспрецедентной точностью“, - сказал астрофизик Андреас Баусвайн из GSI - Центра исследования тяжелых ионов им. Гельмгольца.

“Хорошо скоординированное взаимодействие теоретических моделей, экспериментов и астрономических наблюдений позволит нам, исследователям, в ближайшие годы проверить слияние нейтронных звезд как источник элементов r-процесса“.

Статьи по теме
NASA завершила розгортання у космосі найпотужнішого телескопа «Джеймс Вебб»
NASA завершила розгортання у космосі найпотужнішого телескопа «Джеймс Вебб»

Команда NASA завершила розгортання 21-футового дзеркала, вкритого золотом, найбільшого і найпотужнішого космічного телескопа "Джеймс Вебб" (James Webb Space Telescope).
10.01 — 1152

Откуда берется золото и почему оно так ценится?
Откуда берется золото и почему оно так ценится?

Золото - универсальный и уникальный металл, но мало кто знает, как оно появилось.
05.12.21 — 929

Астрофизики обнаружили в космосе пару «танцующих призраков»
Астрофизики обнаружили в космосе пару «танцующих призраков»

Ученые из Университета Западного Сиднея обнаружили в космосе благодаря австралийскому радиотелескопу Pathfinder (ASKAP) необычное явление, получившее название PKS 2130-538.
07.08.21 — 1212