Откуда и сколько в Земле золота?
Термоядерные реакции в недрах звезд охотно создают элементы таблицы Менделеева вплоть до железа (№ 26). Ибо они идут с выделением энергии. А заставить звезды делать ядра элементов с большими атомными номерами очень непросто. Поскольку такие реакции идут с поглощением энергии.
Поэтому возникает вопрос - где и как рождаются ядра элементов таблицы Менделеева с номерами больше 26-го? Частично ответ на него дают наблюдения спектров взрывающихся и гибнущих звезд. Но элементов с такими массивными ядрами, как золото, уран, плутоний и многие другие, разумного ответа до недавних пор не было. Ответа не было, но ядер, как видно из снимка, довольно много (самородок золота в 70 кг):
Как ни странно, реальный ответ на этот вопрос был получен лишь в 2017 году при пятом по счету наблюдении гравитационных волн. Конкретно:
Первое реальное наблюдение гравитационных волн от слияния двух черных дыр звездных масс случилось в 2015 году. Затем пришло еще три пакета гравитационных волн от подобных событий. Все они, естественно, не сопровождались излучением электромагнитных волн. И только после этой четверки летом 2017 была наблюдена года пятая гравитационная волна, сопровождавшаяся излучением ЭМ-волн. В них и был получен ответ на поставленный выше вопрос. Рассмотрим этот случай подробнее...
1. Гравитационная волна от этого события была зафиксирована всеми тремя гравитационными телескопами (два LIGO в США и Virgo в Италии). Что существенно ограничило область неба, откуда пришел сигнал. Буквально через две секунды в той же области неба была зафиксирована вспышка в гамма-диапазоне. И только через 11 часов удалось зафиксировать это событие в оптике. Его яркость снижалась в течение пяти дней, а цветовой спектр эволюционировал от фиолетового до красного. Яркость этой вспышки была уникальной - в максимуме она достигала почти 200 миллионов солнечной:
2. Сам цуг гравитационных волн был очень длительным - примерно 100 секунд. Тогда как при слияниях черных дыр длительность таких цугов не превышала одной секунды. Тем самым, это слияние оказалось гораздо более мягким, чем все наблюденные до этого слияния черных дыр. Совокупность этих фактов привела наблюдателей к выводу, что они зафиксировалине слияние черных дыр, а слияние нейтронных звезд с массами в 1,1 и 1,6 масс Солнца. На расстоянии от нас всего в 130 млн. св. лет (на порядок ближе чем все наблюденные до этого слияния ЧД).
3. Теперь самое главное. Спектры события, полученные при помощи телескопов Hubble и VLT (Very Large Telescope), показали линии цезия, теллура, золота, платины и других тяжелых элементов. Причем оценки количества образованного золота по интенсивности спектральных линий показали, что его могло наработаться в таком слиянии до десятка масс Луны (более 10% массы Земли).
Понятно, что такой наблюдательный результат не только подтвердил подозрения астрофизиков, но и дал им возможность раскрасить таблицу Менделеева в цвета, в которых основные источники происхождения каждого ее элемента указаны с довольно малой погрешностью:
Сколько и где случилось слияний нейтронных звезд в нашей Галактике за 8-9 млрд. лет ее существования до рождения солнечной системы, известно только Всевышнему. Мы же можем лишь оценивать содержание разных элементов в теле Земли. И то, косвенными методами.
Такие оценки по данным Википедии говорят о том, что в теле Земли урана-238 порядка 100 трлн. тонн, тория-232 порядка 300 трлн. тонн, золота - около 1000 трлн. тонн (примерно в 5 млн. раз меньше, чем было создано от слияния двух обсуждаемых нейтронных звезд) и, что самое интересное, серебра в теле Земли примерно втрое меньше, чем золота.
12-летняя (2007-2019) эпопея ловли геонейтрино (нейтрино от распадов урана и тория в недрах Земли) слегка подправили эти оценки для урана и тория в меньшую сторону в 2-3 раза.
Итак, мы видим, что весьма разные подходы дают оценки изобилия редких элементов таблицы Менделеева в теле Земли, различающиеся не более чем на полпорядка. Этого знания в условиях невозможности использовать такое изобилие для нас вполне достаточно.
Поэтому возникает вопрос - где и как рождаются ядра элементов таблицы Менделеева с номерами больше 26-го? Частично ответ на него дают наблюдения спектров взрывающихся и гибнущих звезд. Но элементов с такими массивными ядрами, как золото, уран, плутоний и многие другие, разумного ответа до недавних пор не было. Ответа не было, но ядер, как видно из снимка, довольно много (самородок золота в 70 кг):
Как ни странно, реальный ответ на этот вопрос был получен лишь в 2017 году при пятом по счету наблюдении гравитационных волн. Конкретно:
Первое реальное наблюдение гравитационных волн от слияния двух черных дыр звездных масс случилось в 2015 году. Затем пришло еще три пакета гравитационных волн от подобных событий. Все они, естественно, не сопровождались излучением электромагнитных волн. И только после этой четверки летом 2017 была наблюдена года пятая гравитационная волна, сопровождавшаяся излучением ЭМ-волн. В них и был получен ответ на поставленный выше вопрос. Рассмотрим этот случай подробнее...
1. Гравитационная волна от этого события была зафиксирована всеми тремя гравитационными телескопами (два LIGO в США и Virgo в Италии). Что существенно ограничило область неба, откуда пришел сигнал. Буквально через две секунды в той же области неба была зафиксирована вспышка в гамма-диапазоне. И только через 11 часов удалось зафиксировать это событие в оптике. Его яркость снижалась в течение пяти дней, а цветовой спектр эволюционировал от фиолетового до красного. Яркость этой вспышки была уникальной - в максимуме она достигала почти 200 миллионов солнечной:
2. Сам цуг гравитационных волн был очень длительным - примерно 100 секунд. Тогда как при слияниях черных дыр длительность таких цугов не превышала одной секунды. Тем самым, это слияние оказалось гораздо более мягким, чем все наблюденные до этого слияния черных дыр. Совокупность этих фактов привела наблюдателей к выводу, что они зафиксировалине слияние черных дыр, а слияние нейтронных звезд с массами в 1,1 и 1,6 масс Солнца. На расстоянии от нас всего в 130 млн. св. лет (на порядок ближе чем все наблюденные до этого слияния ЧД).
3. Теперь самое главное. Спектры события, полученные при помощи телескопов Hubble и VLT (Very Large Telescope), показали линии цезия, теллура, золота, платины и других тяжелых элементов. Причем оценки количества образованного золота по интенсивности спектральных линий показали, что его могло наработаться в таком слиянии до десятка масс Луны (более 10% массы Земли).
Понятно, что такой наблюдательный результат не только подтвердил подозрения астрофизиков, но и дал им возможность раскрасить таблицу Менделеева в цвета, в которых основные источники происхождения каждого ее элемента указаны с довольно малой погрешностью:
Сколько и где случилось слияний нейтронных звезд в нашей Галактике за 8-9 млрд. лет ее существования до рождения солнечной системы, известно только Всевышнему. Мы же можем лишь оценивать содержание разных элементов в теле Земли. И то, косвенными методами.
Такие оценки по данным Википедии говорят о том, что в теле Земли урана-238 порядка 100 трлн. тонн, тория-232 порядка 300 трлн. тонн, золота - около 1000 трлн. тонн (примерно в 5 млн. раз меньше, чем было создано от слияния двух обсуждаемых нейтронных звезд) и, что самое интересное, серебра в теле Земли примерно втрое меньше, чем золота.
12-летняя (2007-2019) эпопея ловли геонейтрино (нейтрино от распадов урана и тория в недрах Земли) слегка подправили эти оценки для урана и тория в меньшую сторону в 2-3 раза.
Итак, мы видим, что весьма разные подходы дают оценки изобилия редких элементов таблицы Менделеева в теле Земли, различающиеся не более чем на полпорядка. Этого знания в условиях невозможности использовать такое изобилие для нас вполне достаточно.