Откъде идват тежките елементи във Вселената?
Когато човечеството най-сетне открива конфликта сред две неутронни звезди през 2017 година, беше доказана една дългогодишна доктрина – в енергийните пожари на тези невероятни детонации се коват детайли, по-тежки от желязото.
Това даде късмет да се мисли, че имаме отговор на въпроса по какъв начин тези детайли, в това число златото, се популяризират из Вселената.
Но нов разбор разкри проблем при тази доктрина. Според новите модели на галактическа химическа еволюция, конфликтите на неутронни звезди даже не се приближават до произвеждането на изобилието от тежки детайли, открити през днешния ден в галактиката Млечен път.
„ Сливането на неутронни звезди не е произвело задоволително тежки детайли в ранния живот на Вселената и към момента не го прави в този момент, 14 милиарда години по-късно “, споделя астрофизикът Аманда Каракас от университета Монаш и Центъра за върхови достижения на ARC за цялата астрофизика на небето в 3 измерения (ASTRO 3D) в Австралия.
„ Вселената не ги е направила задоволително бързи, с цел да се изясни наличието им в доста антични звезди и като цяло просто няма задоволително конфликти, с цел да се изясни изобилието на тези детайли през днешния ден. “
Звездите са ковачниците, които създават множеството от детайлите във Вселената. В ранната Вселена, откакто първичната кваркова чорба се охлади задоволително, с цел да се слее в материя, тя образува водород и хелий – към момента двата най-разпространени детайла във Вселената.
Първите звезди, формирани при гравитацията, събират части от тези материали. В термоядрените пещи на техните ядра тези звезди изковават водород в хелий; по-късно хелий във въглерод; и по този начин нататък, обединение на все по-тежки и по-тежки детайли, като изчерпват по-леките, до момента в който се създаде желязо.
Самото желязо може да се слее, само че употребява големи количества сила – повече, в сравнение с създава подобен синтез – тъй че желязната вътрешност е крайната точка.
„ Можем да мислим за звездите като великански тенджери под налягане, където се основават нови детайли “, споделя Каракас. „ Реакциите, които вършат тези детайли, също по този начин обезпечават силата, която поддържа звездите да блестят блестящо в продължение на милиарди години. С придвижване на възрастта те създават все по-тежки и по-тежки детайли, до момента в който вътрешността им се нагрява. “
За да се основат детайли, по-тежки от желязото – като злато, сребро, торий и уран – е нужен бърз развой на хващане на неутрони или r-процес. Това може да се случи при в действителност енергични детонации, които генерират поредност от нуклеарни реакции, при които атомните ядра се сблъскват с неутрони, с цел да синтезират детайли, по-тежки от желязото.
Но би трябвало да се случи в действителност бързо, тъй че в радиоактивното раздробяване да няма време да се прибавят повече неутрони към ядрото.
Сега знаем, че детонацията на килонова, генерирана от конфликт на неутронна звезда, е задоволително енергийна среда за реализиране на r-процеса. Това не се оспорва. Но с цел да произведем количествата от тези по-тежки детайли, които следим, ще ни е нужна минимална периодичност на конфликти на неутронни звезди.
За да схванат източниците на тези детайли, откривателите са конструирали модели на галактическа химическа еволюция за всички постоянни детайли от въглерод до уран, употребявайки най-съвременните астрофизични наблюдения и химически изобилия в Млечния път. Те включват научен рандеман на нуклеосинтеза и периодичност на събитията.
Учените изложиха работата си в периодическа таблица, която демонстрира произхода на детайлите, които са моделирали. И измежду своите открития те откриха неналичието на периодичност на конфликти на неутронни звезди, от ранната Вселена до в този момент. Вместо това те имат вяра, че вид свръхнова би могла да бъде отговорът.
По-точно те се назовават магниторотационни свръхнови и се появяват, когато ядрото на солидна, бързо въртяща се звезда със мощно магнитно поле се срути. Смята се също, че те имат задоволително сила, с цел да се реализира r-процесът. Ако дребен % от свръхновите звезди сред 25 и 50 слънчеви маси са магниторотационни, това може да компенсира разликата.
„ Дори и най-оптимистичните оценки за честотата на конфликти на неутронни звезди просто не могат да обяснят голямото обилие от тези детайли във Вселената “, споделя Каракас. „ Това беше изненада. Изглежда, че въртящите се супернови със мощни магнитни полета са същинският източник на множеството от тези детайли. “
Предишни проучвания откриха, че вид свръхнова, наречена колапсар, също може да създава тежки детайли. Това е, когато една бързо въртяща се звезда над 30 слънчеви маси става свръхнова, преди да се срути в черна дупка. Смята се, че те са доста по-редки от конфликтите с неутронни звезди, само че те биха могли да допринесат. Това съответствува добре с другите констатации на екипа.
Те разкрили, че звездите, по-малко солидни от към осем слънчеви маси, създават въглерод, азот, флуор и към половината от всички детайли по-тежки от желязото. Звездите, по-масивни от осем слънчеви маси, създават по-голямата част от кислорода и калция, нужни за живота, както и множеството от останалите детайли сред въглерода и желязото.
„ Освен водород, няма нито един детайл, който да може да се образува единствено от един вид звезда “, изясни астрофизикът Чиаки Кобаяши от университета в Хъртфордшир във Англия.
„ Половината въглерод се получава от умиращи звезди с ниска маса, само че другата половина идва от свръхнови. Половината желязо идва от естествени свръхнови от солидни звезди, само че другата половина се нуждае от друга форма, известна като свръхнови вид Ia. Те се създават в двоични системи на звезди с ниска маса. „
Това не значи безусловно, че изчислените 0,3 % от златото и платината на Земята, проследявани до конфликт на неутронна звезда преди 4,6 милиарда години, имат друга история на произхода.
Но учените откриват гравитационни талази едвам от пет години. С подобряването на оборудването и техниките може да открием, че конфликтите на неутронни звезди са доста по-чести, в сравнение с считаме, че са сега.
Любопитното е, че при моделите на откривателите се получава повече сребро от следеното и по-малко злато. Това допуска, че нещо би трябвало да бъде променено. Може би това са изчисленията. Или може би има някои аспекти на звездната нуклеосинтеза, които занапред ще разберем.
Публикувано в The Astrophysical Journal.
