Звезды на заре времен, должно быть, были способны создавать элементы, намного более тяжелые, чем все, что когда-либо встречалось в природе на Земле или вообще во Вселенной. К такому выводу пришла группа астрономов под руководством Яна Рёдерера из Мичиганского университета после изучения 42 звезд Млечного Пути, химическое содержание которых можно объяснить только предшествующим производством элементов с атомными массами более 260. Новое исследование опубликовано в журнале Science.
Большинство элементов во Вселенной – практически все, что тяжелее водорода, – были созданы звездами. Первый способ их создания — это слияние. В ядре звезды находится двигатель, который смешивает атомы для создания более тяжелых элементов.
Самый тяжелый элемент, который может получить этот процесс, — железо. Для синтеза железа в более тяжелые элементы требуется гораздо больше энергии, чем оно генерирует, поэтому в этот момент звезда самоуничтожается.
Другой путь связан с этим самоуничтожением. При взрывах сверхновых, когда умирает звезда, и взрывах килоновых, когда две нейтронные звезды сталкиваются друг с другом, создаются условия для быстрого процесса захвата нейтронов, или r-процесса.
Это когда вокруг плавает так много свободных нейтронов, что они цепляются за доступные ядра, образуя более тяжелый элемент. Для этого нужна действительно экстремальная, энергетическая среда, такая как сверхновая.
И это происходит очень быстро – отсюда и слово «быстрый» в названии. Подтверждено, что это процесс, в результате которого производятся такие элементы, как золото, платина, торий и уран. Но мы еще многого не знаем о том, как создаются элементы.
«У нас есть общее представление о том, как работает r-процесс, но условия этого процесса весьма экстремальны», — объясняет Рёдерер. У нас нет четкого представления о том, сколько различных мест во Вселенной может генерировать r-процесс, мы не знаем, как заканчивается r-процесс, и мы не можем ответить на такие вопросы, как, сколько нейтронов Вы можете добавить? Или, насколько тяжелым может быть элемент? Поэтому мы решили посмотреть на элементы, которые могут образоваться в результате деления некоторых хорошо изученных старых звезд, чтобы посмотреть, сможем ли мы начать отвечать на некоторые из этих вопросов».
Еще один известный нам способ образования элементов — это деление ядер. Это когда атом не сливается, а распадается, и в результате получается менее массивный элемент.
Химический состав 42 звезд Млечного Пути, которые изучали Рёдерер и его команда, хорошо изучен и установлен.
Первые звезды во Вселенной состояли преимущественно из водорода. Они создали элементы в своих ядрах и умерли, засеяв окружающее пространство элементами, которые были поглощены последующими поколениями звезд.
Известно, что звезды, которые изучала команда, содержат элементы, образующиеся в результате r-процесса во время взрывов сверхновых.
Но исследователи не искали элементы r-процесса. Они искали элементы, которые могли бы быть продуктами деления, такие как рутений, родий, палладий и серебро. И вместо того, чтобы рассматривать звезды по отдельности, как это обычно бывает, исследователи изучили их как группу.
И они нашли закономерность. Присутствие некоторых других элементов ожидается в определенных соотношениях содержания, если металлы, которые изучала команда, были получены в результате r-процесса. Таких соотношений не было. Это говорит о том, пришла к выводу команда, что рассматриваемые элементы были произведены в результате деления.
Это означает, что ранние звезды, откуда появились эти металлы, должны были производить элементы гораздо тяжелее, с атомной массой более 260, которые впоследствии расщеплялись с образованием более легких и стабильных элементов.
Мы никогда и нигде не наблюдали эти элементы в природе. Мы видели их в лаборатории, но период их полураспада настолько короток, что они распадаются почти мгновенно.
Однако исследование показывает, что поиск их потенциальных продуктов деления может сказать нам, насколько вероятным или распространенным может быть их образование в более широкой Вселенной.
«Эта цифра 260 интересна тем, что ранее мы не обнаруживали ничего настолько тяжелого ни в космосе, ни в природе на Земле, даже при испытаниях ядерного оружия», — говорит Рёдерер. «Но наблюдение за ними в космосе дает нам представление о том, как думать о моделях и делении, и может дать нам представление о том, как возникло такое богатое разнообразие элементов».
