|
Происхождение радиоактивного бериллия в Солнечной системе
|
|
|
|
Ученые установили, что редкий элемент, обнаруженный в некоторых из древнейших твердых тел Солнечной системы, таких как метеориты, и ранее считавшийся образующимся при взрывах сверхновых, на самом деле предшествовал таким космическим событиям, бросая вызов давним теориям о его происхождении.
|
|
|
|
Ученые из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики США провели исследования радиоактивного изотопа бериллий-10, который существовал на момент возникновения Солнечной системы около 4,5-5 миллиардов лет назад. Они исследовали, может ли этот изотоп образовываться в достаточных количествах во время массивных взрывов гигантских звезд в их предсмертной агонии, называемых сверхновыми.
|
|
|
|
"Маловероятно, что такой звездный взрыв является основным источником этого изотопа, поскольку он наблюдается в ранней Солнечной системе", - сказал Рафаэль Хикс, астрофизик-ядерщик ORNL, участвовавший в исследовании, опубликованном в журнале Physical Review C. Полученные результаты "помогают нам понять историю Солнечной системы и галактики в целом".
|
|
|
|
Ученые предполагают, что бериллий-10, скорее всего, является результатом так называемого расщепления космических лучей — взаимодействия со случайными и вездесущими протонами высокой энергии и другими изотопами, такими как углерод-12, которые мчатся во всех направлениях по Вселенной почти со скоростью света.
|
|
|
|
Когда звезда умирает, она выбрасывает атомы из своего ядра в межзвездную среду, которая представляет собой вещество низкой плотности, заполняющее пространство между звездами в галактике. Процесс образования изотопов и элементов в звездах называется нуклеосинтезом. В конечном счете, части межзвездной среды соберутся вместе, чтобы сформировать звезды следующего поколения и связанные с ними планеты. В состав этого атомного супа входит углерод-12, который иногда сталкивается с космическими лучами.
|
|
|
Когда эти высокоэнергетические лучи сталкиваются с атомами углерода-12, "это буквально разрушает ядро, и то, что остается, может включать бериллий-10", - сказал Хикс.
|
|
|
|
Около 4,5 миллиардов лет назад солнечная система образовалась в результате распада огромного облака газовых молекул, которое создало вращающийся диск из материала, известного как солнечная туманность. В течение миллионов лет гравитация заставляла вещество сливаться, что привело к образованию Солнца и всех его планет.
|
|
|
|
Бериллий-10 имеет относительно короткий период полураспада - время, за которое распадается половина радиоактивных ядер, — 1,4 миллиона лет. Это означает, что любой бериллий-10, обнаруженный на Земле сегодня, был создан задолго до образования Солнечной системы.
|
|
|
|
Однако в некоторых метеоритах ученые находят бор-10, продукт распада бериллия-10. Присутствие бора-10 с нерадиоактивными изотопами бериллия означает, что свежеприготовленный бериллий-10 уже присутствовал в Солнечной системе на момент ее образования.
|
|
|
|
Хикс и тогдашний постдоктор Андре Сивердинг, ныне штатный научный сотрудник Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, использовали вычислительные ресурсы Национального научно-вычислительного центра энергетических исследований Министерства энергетики США (NERSC) для расчета количества различных элементов и изотопов, образующихся при взрывах сверхновых.
|
|
|
|
Взрывы сверхновых могут происходить в звездах, масса которых в 10-25 раз превышает массу Солнца. Им помогали студент Университета Теннесси Дэниел Зеттерберг, работающий в ORNL, и его коллеги из Университета Нотр-Дам.
|
|
|
|
Если короткоживущие изотопы, такие как бериллий-10, могут образовываться в результате взрывов сверхновых, то, согласно преобладающей научной мысли, это подтверждает идею о том, что формирование Солнечной системы было непосредственно вызвано вспышкой сверхновой.
|
|
|
|
Однако недавние расчеты опровергают эту идею, по крайней мере, для бериллия-10. Новые данные, полученные в ходе ядерных экспериментов, в ходе которых при столкновении ядер образуются новые ядра, выявили ядерные свойства, которые увеличивают скорость реакции, превращающей бериллий-10 в другие изотопы. Этот показатель заменяет оценку скорости реакции, которой более 50 лет.
|
|
|
|
Измерение его в лаборатории с помощью усовершенствованных экспериментов дает более точную и детальную картину. Новые скорости реакции, рассчитанные учеными, в 33 раза превышают показатели, полученные в ходе предыдущих экспериментов.
|
|
|
|
Сивердинг, Зеттерберг и Хикс определили, что новая скорость была достаточно высокой для эффективного уничтожения бериллия-10 в результате взрыва сверхновой. В результате коллапс и взрыв сверхновой "вряд ли приведет к образованию достаточного количества бериллия-10, чтобы объяснить наблюдаемое содержание бериллия-10 в метеоритах", - сказал Хикс.
|
|
|
|
"Это делает почти очевидным, что расщепление действительно является источником бериллия-10", - добавил Хикс. "Если не произойдет серьезных изменений в моделях структуры звезд в этом диапазоне масс, эти результаты указывают на необходимость в другом источнике бериллия-10".
|
|
|
|
Сивердинг сказал: "В результате маловероятно, что источником бериллия-10 в ранней Солнечной системе была сверхновая".
|
|
|
|
Исследование проводилось в сотрудничестве с несколькими институтами. Зивердинг, Хикс и Зеттерберг из ORNL провели астрофизическое моделирование и расчеты нуклеосинтеза. В Университете Нотр-Дам Джасприт Рандхава, Тан Ан и Ричард Джеймс Дебур интерпретировали экспериментальные данные, чтобы получить соответствующую скорость реакции.
|
|
|
|
В Техническом университете Дармштадта в Германии Риккардо Манчино и Габриэль Мартинес-Пинедо провели теоретические расчеты скорости реакции. Поскольку скорость реакции была слишком низкой, чтобы ее можно было измерить напрямую, в их экспериментах измерялись свойства ядер, и теоретики превратили эти свойства в скорость реакции.
|
|
|
|
Источник
|
