Тайна происхождения золота и других тяжелых элементов
Карликовая галактика, аномально богатая тяжелыми элементами, раскрыла тайну их происхождения. Основными источниками элементов тяжелее железа могут оказаться гибнущие нейтронные звезды.
Изначально во Вселенной имелись лишь легчайшие атомы, водород с небольшими количествами гелия. Весь набор элементов вплоть до железа появился из них в результате термоядерных реакций, протекавших - и продолжающих протекать - в недрах многих поколений звезд. Однако рождение более тяжелых элементов, включая золото или уран, требует еще более суровых условий.
Более полувека назад теоретики описали возможный механизм их образования. Это r-процесс, в ходе которого свободно движущиеся нейтроны захватываются ядрами атомов железа, накапливаясь в нем. Некоторые из нейтронов могут затем терять электрон, превращаясь в протоны и образуя все более тяжелые ядра. Расчеты показывают, что такой захват должен происходить быстро - быстрее, чем распадаются нестабильные изотопы железа с повышенным количеством нейтронов. Это требует особых условий протекания r-процесса, и считается, что в космосе он может реализоваться непосредственно перед взрывом огромной сверхновой звезды или в ударной волне этого взрыва при слиянии пары невероятно плотных нейтронных звезд и в других весьма экстремальных обстоятельствах.
Такая картина является общепринятой в астрофизике, однако во многом остается теоретической. В частности, какой именно вклад в наполнение Вселенной этими элементами вносят сверхновые, а какой - слияния нейтронных звезд, остается предметом дискуссий. Эти споры получили развитие в результате новых наблюдений за карликовой галактикой Сетка II, открытой лишь около года назад. Сетка II - один из многочисленных небольших спутников Млечного Пути и находится всего в 98 тыс. световых лет от Земли. И она битком набита элементами тяжелее железа.
Заметить это сумели астрономы из Института Кавли, использовавшие расположенные в Чили телескопы обсерватории Лас-Кампас. Наблюдая семь из девяти самых больших и ярких звезд Сетки II, они отметили аномально высокое содержание в них элементов тяжелее железа. Это крайне необычная особенность, резко выделяющая Сетку II на фоне соседних карликовых галактик. В статье, опубликованной журналом Nature, авторы выдвигают предположение о том, какое именно мощное событие в далеком прошлом Сетки II могло насытить ее такими элементами.
Дело в том, что количество и относительный состав тяжелых элементов, рожденных взрывом сверхновой или слиянием нейтронных звезд, могут различаться. «Взрыв звезды массой в 8 раз больше солнечной создаст золото массой примерно с Луну, - поясняет профессор Калифорнийского университета в Санта-Крузе Энрико Рамирес-Руз (Enrico Ramirez-Ruiz). - Слияние нейтронных звезд породит золота столько, сколько весит весь Юпитер». Обнаруженное учеными количество тяжелых элементов в Сетке II указывает именно на нейтронные звезды в качестве основного источника таких ядер. По крайней мере, в карликовых галактиках.