Теория о том, что тяжелые элементы в больших количествах могут возникать в результате слияния нейтронных звезд, возникла еще несколько десятилетий назад
Основным источником формирования золота и платины во Вселенной являются слияния нейтронных звезд. Эти предположения, впервые высказанные в конце 1980-х, были подтверждены при изучении гравитационных волн, зафиксированных после слияния нейтронных звезд, которое произошло в августе.
Об обнаружении гравитационных волн, вызванных слиянием нейтронных звезд, было объявлено 16 октября. Звезды, масса которых примерно в полтора раза превышала солнечную, находились на расстоянии около 130 млн световых лет от Земли в галактике NGC 4993 в созвездии Гидры.
«Когда мы получили первые данные по свечению этого объекта, мы поняли, что мы наблюдаем за так называемой “килоновой” звездой – экзотическим объектом, чей свет возникает в ходе чрезвычайно мощных термоядерных реакций. Это открытие указывает на то, что все тяжелые элементы, такие как золото или платина, являются “золой” подобных процессов, происходящих в останках бывших нейтронных звезд, разогретых до миллиардов градусов Кельвина», – заявил астрофизик из британского университета Уорика Джо Лайман.
Науке давно известно, что лишь два химических элемента – водород и гелий – существовали с момента Большого взрыва. Идущие за ними в Периодической таблице Менделеева литий, бериллий и бор возникают при бомбардировке межзвездной среды космическими лучами, а следующие элементы появляются в ходе термоядерных реакций внутри звезд.
Температура и давление внутри звезд слишком низки для появления элементов тяжелее железа при термоядерных реакциях, поэтому такие элементы могут возникать только при взрывах сверхновых. В то же время, при взрывах они возникают в достаточно небольших количествах, которые несравнимы с общими оценками наличия тяжелых элементов во Вселенной.
Теория о том, что тяжелые элементы в больших количествах могут возникать в результате слияния нейтронных звезд, возникла еще несколько десятилетий назад. Полученные учеными при произошедшем в августе слиянии фактические данные ее подтверждают.
При слиянии нейтронных звезд основная часть массы становится новой очень быстро вращающейся нейтронной звездой или черной дырой, часть переходит в гравитационные волны, а часть под действием ударной волны вылетает из системы. Вылетевшие нейтроны в короткий промежуток времени сливаются с находившимися на внешней оболочке нейтронной звезды ядрами тяжелых элементов – происходит так называемый быстрый нейтронный захват, при котором образуются стабильные изотопы.
Ключевое отличие этого процесса от медленного нейтронного захвата, который может протекать и в обычных звездах, заключается в крайне быстром его протекании. Темп быстрого захвата выше, чем темп бета-распада изотопа, поэтому вновь образованные атомы не успевают распадаться и при таком захвате могут получаться стабильные элементы со временем полураспада в несколько миллиардов лет.
Слияние нейтронных звезд – достаточно редкое явление (например, в галактике Млечный путь оно происходит раз в 10 тысяч лет). Однако количественно оно очень сильно влияет на появление тяжелых элементов во Вселенной: одно слияние приводит к появлению золота в количестве около 200 масс Земли и платины в количестве до 500 масс.
