Гравитационные волны прояснили возникновение золота

В результате одного слияния нейтронных звезд может появиться до 8 x 1022 тонн золота. Суммарный же эффект подобных астрономических событий может объяснить химический состав всей нашей Галактики. К такому выводу пришли астрофизики, проанализировав тяжелые элементы, которые получаются в результате подобных слияний. Основным источником новых данных первый достоверно зарегистрированный всплеск гравитационнных волн GW170817. Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal.

В первоначальный состав Вселенной входили только водород и гелий с небольшими примесями. Элементы до группы железа образуются в недрах обычных звезд в процессе термоядерного синтеза. Для более тяжелых ядер этот процесс становится энергетически невыгоден, поэтому они образуются в результате захвата нейтронов и последующего бетта-распада.

Различают два вида нейтронного захвата: медленный (s-процесс) и быстрый (r-процесс). С помощью первого можно получить стабильные или долгоживущие ядра, период полураспада которых намного превышает характерное время поглощения следующего нейтрона. В результате могут получиться такие элементы, как свинец, висмут и полоний. В результате быстрого захвата могут образовываться и другие элементы, так как ядра не успевают распадаться, а поглощают очередной нейтрон или даже несколько сразу. Соответственно, r-процесс протекает только при условии очень высокой концентрации свободных нейтронов. Так появляются такие элементы, как, например, золото и европий.

Долгое время астрофизики спорят, когда происходит r-процесс. Одни склоняются к взрывам сверхновых, другие — к слияниям нейтронных звезд. В новой работе ученые выясняли, можно ли объяснить количество тяжелых элементов, наблюдаемое в Галактике, через слияние нейтронных звезд. Благодаря тому, что недавно впервые бесспорно обнаружили подобное событие, ученые смогли примерно оценить частоту таких явлений. Она оказалась равна 320-4740 штук на кубический гигапарсек в год.

Одно такое слияние должно приводить к появлению количеству европия, равному 1 — 5 массам Земли (одна масса Земли составляет порядка 5,97 x 1021 тонн) и 3 — 13 массам Земли в виде золота. Если событие GW170817 представляет собой типичное слияние нейтронных звезд, то авторы делают вывод, что именно подобными явлениями можно объяснить количество европия в Млечном Пути. Эти слияния и представляют собой основные места, где протекает r-процесс.

Источник