Согласно новому предположению астрофизиков, тяжёлые химические элементы, такие как золото, платина или уран, образуются в коллапсарах. Эти космические объекты представляют собой умирающие быстро вращающиеся массивные звёзды. Они схлопываются в чёрные дыры под действием собственной гравитации, в то время как их внешние слои взрываются, порождая редкий вид сверхновой звезды.
В диске вещества, обращающемся вокруг только что родившейся, поглощающей всё чёрной дыры, могут возникнуть условия, благоприятные для появления именно тяжёлых химических элементов.
"Чёрные дыры в таких экстремальных средах ‒ очень привередливые едоки", – объясняет соавтор новой научной публикации астрофизик Брайан Мецгер (Brian Metzger) из Колумбийского университета в США.
Они способны поглотить только определённое количество вещества за раз, а то, что не поглощают, взрывается. Компьютерная симуляция показывает, что при этом образуется ветер, насыщенный нейтронами, а это идеальные условия для формирования тяжёлых элементов.
Отметим, что астрономы продолжают строить теории происхождения самых тяжёлых (по атомной массе) химических элементов во Вселенной. Так, известно, что более лёгкие элементы (углерод, кислород, железо) образуются внутри звёзд и выбрасываются в окружающее пространство звёздным ветром и вспышками сверхновых. Однако элементы тяжелее железа в звёздных термоядерных реакциях не синтезируются.
Считается, что одним из основных источников тяжёлых элементов является так называемый r–процесс, происходящий в среде, богатой нейтронами. Он заключается в быстром поглощении атомными ядрами нейтронов, которые затем превращаются в протоны, что приводит к появлению новых химических элементов.
Учёные ранее предполагали, что при столкновении двух мёртвых звёзд, известных как нейтронные звёзды, r–процесс может протекать в веществе, которое присутствует в вихрях, образованных слиянием этих объектов.
Идея получила подтверждение, когда астрономы зафиксировали столкновение двух нейтронных звёзд, породившее колебания пространства–времени (гравитационные волны), а также свет. В этом "фейерверке" были обнаружены признаки формирования множества тяжёлых элементов, в том числе золота, серебра и платины.
Правда, такое объяснение появления тяжёлых химических элементов во Вселенной имеет один недостаток. Этим плотным мёртвым звёздам может понадобиться очень много времени для столкновения.
При этом тяжёлые элементы присутствуют и в древних звёздах, которые сформировались в ранний период истории Вселенной. Непонятно, могло ли слияние нейтронных звёзд произойти достаточно быстро, чтобы объяснить присутствие тяжёлых элементов в этих светилах.
Между тем коллапсары могут появляться и через небольшое время после начала формирования звезды. И они могут выступить в качестве богатого источника тяжёлых элементов.
По словам Мецгера, один–единственный коллапсар может в ходе r–процесса генерировать в 30 раз больше материала, чем слияние нейтронных звёзд. А количество золота, производимое им, в несколько сотен раз превосходит массу Земли.
Учёные заявляют, что коллапсары могут быть источником 80% тех элементов во Вселенной, которые возникают в ходе r–процесса. И лишь остальное количество – продукт слияния нейтронных звёзд.
В 2016 году исследователи обнаружили, что в старой карликовой галактике Сетка 2 на ранних этапах истории Вселенной произошёл катаклизм, из–за которого элементы, образовавшиеся в ходе r–процесса, остались внутри звёзд. Тогда они предположили, что это слияние древних нейтронных звёзд "засеяло" галактику тяжёлыми химическими элементами.
Новая же научная работа, опубликованная в издании Nature, предполагает, что источником тяжёлых элементов могут быть именно коллапсары.
Однако пока не ясно до конца, достаточно ли часто образуются коллапсары и производят ли они нужное количество вещества, чтобы объяснить наблюдаемое изобилие тяжёлых химических элементов во Вселенной.
Вероятно, последующие наблюдения сверхновых, возникших в результате активности коллапсаров, смогут дать исчерпывающее объяснение их роли в этом процессе.
Больше космических новостей - в разделе "Космос" на нашем сайте nauka.vesti.ru.