В NASA рассказали как образуется золото во Вселенной

20-летние данные телескопов свидетельствуют, что в образование золота, по крайней мере в нашей галактике, вносят значительный вклад сильно намагниченные нейтронные звезды.

Об этом сообщает издание Последние события со ссылкой на пресс-релиз NASA.

Ученые уже длительное время обсуждают происхождение тяжелых элементов, таких как золото и платина, но определение их точных источников было сложной работой. Эти элементы образуются в процессе быстрого захвата нейтронов (r-процесс) -- явление, которое требует чрезвычайно сложных астрофизических условий.

Новое исследование, используя 20-летние данные от телескопов NASA и Европейского космического агентства (ЕКА), указало на удивительный источник: гигантские вспышки от магнетаров, сильно намагниченных нейтронных звезд. Эти мощные вспышки могут отвечать за появление в нашей галактике до 10% всех элементов тяжелее железа.

Поскольку магнетары сформировались на раннем этапе развития Вселенной, это открытие позволяет предположить, что эти энергичные вспышки, возможно, создали некоторые из первых золотых элементов.

Магнетары время от времени испытывают звездные сотрясения, которые растрескивают их нейтронную кору и высвобождают интенсивные всплески радиации. Некоторые из этих звездотрясений вызывают гигантские вспышки, которые настолько мощные, что могут влиять даже на атмосферу Земли. До сих пор ученые наблюдали три магнитарные вспышки в Млечном Пути и Большом Магеллановом Облаке, а также еще семь за их пределами.

Исследователи, включая Пателя и его советника Брайана Мецгера из Колумбийского университета, предполагают, что эти вспышки могут играть определенную роль в формировании тяжелых элементов. В этих экстремальных условиях нейтроны быстро сливаются с более легкими атомными ядрами, создавая более тяжелые элементы.

В периодической таблице протоны определяют идентичность элемента, тогда как нейтроны добавляют ему массу. Когда атом получает дополнительный нейтрон, он может стать нестабильным и подвергнуться ядерному распаду, превращая нейтрон в протон и меняя свою идентичность. Например, золото может поглотить нейтрон, а затем превратиться в ртуть.

В экстремальной среде сколлапсированной нейтронной звезды, где плотность нейтронов невероятно высока, атомы могут быстро поглощать несколько нейтронов, проходя несколько процессов распада, пока не образуются более тяжелые элементы, такие как уран.

В 2017 году астрономы подтвердили, что слияния нейтронных звезд могут создавать золото, платину и другие тяжелые элементы, на основе наблюдений с помощью телескопов НАСА, LIGO и многочисленных наземных обсерваторий. Однако эти слияния происходят слишком поздно в космической истории, чтобы объяснить появление первых тяжелых элементов.

Недавние исследования Якуба Цехулы (Карлов университет), Тодда Томпсона (Университет штата Огайо) и Брайана Мецгера (Колумбийский университет) предполагают, что вспышки сверхновых -- мощные вспышки от сильно намагниченных нейтронных звезд -- могли быть ранним источником тяжелых элементов. Эти вспышки нагревают и выбрасывают богатый нейтронами материал коры, потенциально заселяя раннюю вселенную золотом и другими элементами.

Первоначально Мецгер и его коллеги предполагали, что элементы, созданные вспышками магнитарных звезд, будут видимы как в видимом, так и в ультрафиолетовом свете. Однако Бернс (Луизиана) предложил проверить наличие гамма-сигнала, что позволило исследователям подтвердить такую сигнатуру, предлагая дополнительные доказательства того, что вспышки магнетаров могут играть определенную роль в образовании элементов.

"В какой-то момент мы сказали: Ладно, мы должны спросить наблюдателей, видели ли они что-то подобное", - сказал Мецгер.

Бернс просмотрел гамма-данные от магнитарной вспышки в декабре 2004 года и обнаружил небольшой сигнал в наблюдениях миссии INTEGRAL ЕКА, ныне списанного космического аппарата, который был создан при содействии НАСА. Хотя ученые и раньше замечали этот сигнал, его значение в то время было непонятным.

Когда Бернс поделился своими находками с Мецгером и Пателем, они поняли, что гамма-сигнал 2004 года совпадает с их предполагаемой моделью того, как тяжелые элементы образуются и распространяются во время вспышки магнитного гиганта. Мецгер вспоминал, что думал, будто Бернс шутит, поскольку данные так точно совпадали с их теоретическими предсказаниями.

Патель был настолько взволнован, что "следующие неделю-две я не думал ни о чем другом. Это было единственное, что было у меня на уме", - сказал он.

Исследователи подкрепили свой вывод данными двух гелиофизических миссий НАСА: списанного RHESSI (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager) и спутника НАСА Wind, который сейчас еще работает и также наблюдал вспышку магнитного гиганта. В новом исследовании также принимал участие Джаред Голдберг из Института Флетайрона.