Старі дані NASA та ЄКА допомагають вирішити загадку походження золота у Всесвіті
Нове дослідження, в якому аналізуються дані NASA та Європейського космічного агентства (ЄКА) за останні два десятиліття, можливо допомогло частково розгадати давню загадку про те, де у Всесвіті беруться важкі елементи.
Про це розповідає видання Останні події з посиланням на пресреліз NASA. Дослідження було опубліковано в журналі The Astrophysical Journal Letters.
Золото — це не тільки чудесний блискучий метал, якого чимало хто хоче мати якнайбільше, але також джерело загадки, яку вчені довго розгадують.
Завдяки багаторічній роботі вже є досить чітке уявлення про те, скільки елементів у Всесвіті було утворено. Легкі елементи — водень, гелій і невелика кількість літію та берилію — утворилися на початку існування Всесвіту, коли він охолов настільки, що атомні ядра змогли захопити електрони, приблизно через 380 000 років після Великого вибуху.
Важчі елементи, аж до заліза, можуть утворюватися в результаті ядерного синтезу всередині зірок за надвисоких температур і тиску. Але ще важчі елементи, тобто ті, що мають більше протонів і нейтронів, трохи складніше пояснити, особливо з огляду на їхню поширеність.
«Це досить фундаментальне питання з точки зору походження складної матерії у Всесвіті», — сказав Аніруд Патель, докторант Колумбійського університету в Нью-Йорку. «Це цікава головоломка, яка насправді ще не вирішена».
Хоча вчені досить впевнені в процесі — швидкому захопленні нейтронів — джерело, яке створює і поширює важчі елементи, включаючи золото, по всьому Всесвіту, залишається предметом дискусій і досліджень.
«Приблизно половина елементів у нашому Всесвіті, важчих за залізо, синтезуються в процесі швидкого захоплення нейтронів (r-процес). Незважаючи на це визнання, ідентифікація астрофізичних місць, які створюють необхідні умови для r-процесу, залишається складним завданням», — пояснює команда в своїй статті.
«Серед можливих джерел – злиття нейтронних зірок, протонейтронні зоряні вітри під час колапсу ядра наднової та витік акреційного диска чорної діри в колапсарах, а також інші джерела».
Хоча це хороші кандидати для утворення важчих елементів, є певні проблеми. Наприклад, вважається, що злиття нейтронних зірок відбувається занадто пізно у Всесвіті, щоб пояснити появу найдавнішого золота та інших важких елементів.
У ході дослідження команда переглянула архівні дані телескопів NASA та ЄКА та знайшла потенційне джерело, яке, на їхню думку, може пояснити до 10 відсотків елементів у нашій галактиці, важчих за залізо.
«Це відповідь на одне з питань століття й розгадка таємниці за допомогою архівних даних, які були майже забуті», — додав Ерік Бернс, співавтор дослідження та астрофізик з Університету штату Луїзіана в Батон-Руж.
Дослідження підтверджує гіпотезу, що магнетари — тип нейтронних зірок з неймовірно сильними магнітними полями — є джерелом 1-10 відсотків важчих елементів галактики. Спочатку команда передбачала, що якщо магнетари є джерелом важчих елементів, це буде помітно у видимому та ультрафіолетовому світлі. Проблема полягала в тому, щоб побачити достатньо яскравий сигнал гамма-випромінювання.
«У якийсь момент ми сказали: «Гаразд, ми повинні запитати спостерігачів, чи бачили вони щось», — додав Брайан Метцгер, професор Колумбійського університету та старший науковий співробітник Інституту Флетайрон у Нью-Йорку.
Команда переглянула архівні дані про гігантський спалах, спостережений у грудні 2004 року, і помітила, що Міжнародна лабораторія гамма-астрофізики (INTEGRAL) ЄКА зафіксувала слабший сигнал від магнетара. Проаналізувавши сигнал, вони виявили, що він дуже точно відповідає прогнозованому сигналу магнетара, який утворює та розподіляє важчі елементи під час спалаху магнетара.
«Відкриття того, що магнетари виробляють важкі елементи, як друге безпосередньо підтверджене джерело r-процесу після злиття нейтронних зірок, має значення для хімічної еволюції галактики», — пише команда в своєму дослідженні. «Зокрема, гігантські спалахи є підтвердженим джерелом, яке дозволяє швидко відстежувати утворення зірок».
Хоча це, безумовно, багатообіцяльний напрямок, для підтвердження моделі необхідні додаткові спостереження. Це стане простішим завдяки майбутній місії NASA COSI (Compton Spectrometer and Imager), запуск якої заплановано на 2027 рік.
«Дуже цікаво думати про те, що деякі компоненти мого телефону або ноутбука були утворені в результаті цього екстремального вибуху в історії нашої галактики», — додав Патель.