|
Вспышки на звездах могут создавать золотые планеты
|
|
|
|
Астрономы обнаружили ранее неизвестное место происхождения некоторых из редчайших элементов Вселенной: гигантскую вспышку, вызванную сверхмагниченной звездой. Астрономы подсчитали, что такие вспышки могут быть ответственны за образование до 10% золота, платины и других тяжелых элементов в нашей галактике.
|
|
|
|
Это открытие также разрешает многолетнюю загадку, связанную с яркой вспышкой света и частицами, замеченными космическим телескопом в декабре 2004 года. Свет исходил от магнетара — типа звезды, окутанной магнитными полями, в триллионы раз превышающими земные, — который вызвал гигантскую вспышку.
|
|
|
|
Мощный выброс излучения продолжался всего несколько секунд, но при этом было выделено больше энергии, чем солнце выделяет за 1 миллион лет. Хотя источник вспышки был быстро идентифицирован, второй, более слабый сигнал от звезды, достигший максимума через 10 минут, в то время озадачил ученых. В течение 20 лет этот сигнал оставался необъяснимым.
|
|
|
|
Новое открытие астрономов из Центра вычислительной астрофизики (CCA) Института Флэтайрона в Нью-Йорке показало, что необъяснимый слабый сигнал ознаменовал рождение редких тяжелых элементов, таких как золото и платина. В дополнение к подтверждению еще одного источника этих элементов, астрономы подсчитали, что одна только вспышка 2004 года привела к образованию тяжелых металлов, эквивалентных трети массы Земли. Они сообщают о своем открытии в статье, опубликованной 29 апреля в Astrophysical Journal Letters.
|
|
|
|
|
|
|
"На самом деле, это всего лишь второй раз, когда мы непосредственно видим доказательство того, где образуются эти элементы", - говорит соавтор исследования Брайан Мецгер, старший научный сотрудник CCA и профессор Колумбийского университета. Первый раз это было слияние нейтронных звезд. "Это существенный скачок в нашем понимании производства тяжелых элементов".
|
|
|
|
Большинство элементов, которые мы знаем и любим сегодня, существовали не всегда. Водород, гелий и немного лития образовались в результате Большого взрыва, но почти все остальное было создано звездами в процессе их жизни или во время их насильственной смерти. В то время как ученые досконально изучили, где и как производятся более легкие элементы, информация о местах производства многих самых тяжелых элементов, богатых нейтронами, - тех, что тяжелее железа, — остается неполной.
|
|
|
|
Эти элементы, в том числе уран и стронций, образуются в результате ряда ядерных реакций, известных как процесс быстрого захвата нейтронов, или r-процесс. Этот процесс требует избытка свободных нейтронов, что возможно только в экстремальных условиях. Таким образом, астрономы ожидали, что экстремальные условия, возникающие в результате слияния сверхновых или нейтронных звезд, являются наиболее многообещающими потенциальными участками r-процесса.
|
|
|
|
Только в 2017 году астрономы смогли подтвердить наличие r-процесса, когда наблюдали столкновение двух нейтронных звезд. Эти звезды являются разрушившимися остатками бывших звездных гигантов и состоят из супа из нейтронов, настолько плотного, что одна столовая ложка весила бы более 1 миллиарда тонн. Наблюдения 2017 года показали, что катастрофическое столкновение двух из этих звезд создает богатую нейтронами среду, необходимую для образования элементов r-процесса.
|
|
|
|
Однако астрономы поняли, что только эти редкие столкновения не могут объяснить все элементы, образующиеся в результате r-процесса, которые мы наблюдаем сегодня. Некоторые подозревали, что источником могут быть и магнетары, которые представляют собой сильно намагниченные нейтронные звезды.
|
|
|
|
В 2024 году Мецгер и его коллеги подсчитали, что гигантские вспышки могут выбрасывать материал из коры магнетара в космос, где могут образовываться элементы r-процесса.
|
|
|
|
"Просто невероятно думать, что некоторые из окружающих нас тяжелых элементов, таких как драгоценные металлы в наших телефонах и компьютерах, образуются в таких сумасшедших экстремальных условиях", - говорит Анируд Патель, докторант Колумбийского университета и ведущий автор нового исследования.
|
|
|
|
Расчеты группы показывают, что эти гигантские вспышки создают нестабильные, тяжелые радиоактивные ядра, которые распадаются на стабильные элементы, такие как золото. По мере распада радиоактивных элементов они излучают свечение, в дополнение к образованию новых элементов.
|
|
|
|
В 2024 году группа также подсчитала, что свечение от радиоактивных распадов будет видно в виде всплеска гамма-лучей - разновидности высокоэнергетического света. Когда они обсудили свои результаты с астрономами-наблюдателями гамма-излучения, группа узнала, что на самом деле один такой сигнал был замечен десятилетиями ранее, но так и не получил объяснения. Поскольку между изучением активности магнетаров и наукой о синтезе тяжелых элементов существует мало общего, ранее никто не предполагал, что причиной сигнала может быть производство элементов.
|
|
|
|
"С годами об этом мероприятии как бы забыли", - говорит Мецгер. "Но мы очень быстро поняли, что наша модель идеально подходит для этого".
|
|
|
|
В новой статье астрономы использовали данные наблюдений за событием 2004 года, чтобы подсчитать, что вспышка произвела 2 миллиона миллиардов миллиардов килограммов тяжелых элементов (что примерно эквивалентно массе Марса). Исходя из этого, они подсчитали, что от одного до 10% всех элементов r-процесса в нашей галактике сегодня были созданы в результате этих гигантских вспышек. Оставшаяся часть может быть результатом слияния нейтронных звезд, но, учитывая только одну гигантскую вспышку магнетара и одно зарегистрированное слияние, трудно определить точные процентные соотношения — и является ли это вообще всей историей.
|
|
|
|
"Мы не можем исключить, что там могут быть третьи или четвертые объекты, которые мы просто еще не видели", - говорит Мецгер.
|
|
|
|
"Самое интересное в этих гигантских вспышках то, что они могут происходить на самом раннем этапе истории галактики", - добавляет Патель. "Гигантские вспышки магнетаров могут стать решением проблемы, с которой мы столкнулись, когда в молодых галактиках было обнаружено больше тяжелых элементов, чем могло бы образоваться в результате одних только столкновений нейтронных звезд".
|
|
|
|
Чтобы сузить процентное соотношение, необходимо наблюдать больше вспышек гигантских магнетаров. Телескопы, такие как Compton Spectrometer и Imager mission, запуск которых запланирован на 2027 год, помогут лучше улавливать эти сигналы. Крупные вспышки магнетаров, по—видимому, происходят каждые несколько десятилетий в Млечном Пути и примерно раз в год во всей видимой Вселенной, но фокус в том, чтобы вовремя их заметить.
|
|
|
|
"Как только гамма-всплеск обнаружен, вы должны направить ультрафиолетовый телескоп на источник в течение 10-15 минут, чтобы увидеть пик сигнала и убедиться, что там присутствуют элементы r-процесса", - говорит Мецгер. "Это будет увлекательная погоня".
|
|
|
|
Источник
|
