Космическая алхимия: как умирающие звезды создают тяжелые элементы

Физики из Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико раскрыли удивительный механизм формирования тяжелых элементов во Вселенной. Новое исследование под руководством Мэтью Мампауэра предлагает революционный взгляд на процессы, происходящие при коллапсе массивных звезд, и объясняет происхождение таких элементов, как уран и плутоний.
Космическая алхимия: как умирающие звезды создают тяжелые элементы
Изображение носит иллюстративный характер

Когда у массивных звезд заканчивается ядерное топливо, они коллапсируют под действием собственной гравитации, превращаясь в черные дыры. Быстро вращающиеся черные дыры выбрасывают мощные струи энергии вдоль осей вращения. Исследователи обнаружили, что эти высокоэнергетические джеты буквально «растворяют» внешние слои умирающих звезд, создавая условия для быстрого захвата нейтронов, известного как "r-процесс».

«Это похоже на грузовой поезд, прокладывающий путь через снег», – так образно описывают ученые процесс, когда джеты пробиваются через внешние слои умирающей звезды. Этот космический катаклизм создает идеальную среду для синтеза тяжелых элементов.

Физический механизм этого процесса поистине удивителен. В обычных условиях свободные нейтроны имеют период полураспада всего 15 минут, что делает их редкими участниками ядерных реакций. Однако в предложенной модели высокоэнергетические фотоны взаимодействуют с атомными ядрами, превращая протоны в нейтроны. Атомные ядра буквально распадаются на составные части, высвобождая еще больше свободных нейтронов.

Важную роль в этом процессе играют сильные магнитные поля. Протоны, имеющие заряд, захватываются джетами благодаря этим полям. Нейтроны же, не имеющие заряда, выталкиваются из джета в окружающее вещество. Концентрация этих нейтронов чрезвычайно высока по сравнению с окружающим звездным материалом, что создает идеальные условия для синтеза тяжелых элементов.

Новая теория также предлагает объяснение, почему киллоновы – мощные вспышки видимого и инфракрасного света – часто сопровождают гамма-всплески длительной продолжительности. Эти астрономические явления, как теперь полагают ученые, могут быть непосредственно связаны с процессом «растворения» звезд и образования тяжелых элементов.

После завершения первоначального исследования команда Мампауэра планирует провести моделирование высокоэнергетической структуры джетов. Ученые намерены детально изучить сложную микрофизику этих процессов, чтобы лучше понять, как именно формируются тяжелые элементы во Вселенной.

Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal (том 982, выпуск 2) под названием "Let There Be Neutrons! Hadronic Photoproduction from a Large Flux of High-energy Photons" («Да будут нейтроны! Адронное фотопроизводство из большого потока высокоэнергетических фотонов»). Эта работа открывает новую главу в нашем понимании космической алхимии – процессов, благодаря которым во Вселенной появляются самые тяжелые и редкие элементы.


Новое на сайте

19817В Луксоре нашли стелу с римским императором в образе фараона 19816Экипаж Artemis II о моменте, когда земля исчезла за луной 19815Почему луна выглядит по-разному в разных точках земли? 19814Adobe экстренно закрыла опасную дыру в Acrobat Reader, которую хакеры использовали с... 19813Метеорный поток, рождённый из умирающего астероида 19812Когда робот пишет за тебя прощальную смс 19811Что общего у лунной миссии, толстого попугая, загадочной плащаницы и лекарства от диабета? 19810Какие снимки Artemis II уже стали иконами лунной программы? 19809Кто на самом деле хочет сладкого — вы или ваши бактерии? 19808Как рекламные данные 500 миллионов телефонов оказались в руках спецслужб? 19807Экипаж Artemis II вернулся на землю после десяти дней в космосе 19806Зелёная и коричневая луна: почему геологи Artemis II уже не могут усидеть на месте 19805Эксперты уверены в теплозащитном щите Artemis II, несмотря на проблемы предшественника 19804Выжить внутри торнадо: каково это — когда тебя засасывает в воронку 19803Аляскинские косатки-охотники на млекопитающих замечены у берегов Сиэтла
Ссылка