Процессы, происходящие в непосредственной близости от вновь образованных черных дыр, могут способствовать образованию новых элементов, как в случае со взрывами сверхновых, которые до сих пор считаются единственными местами, где образуются новые элементы.
Вскоре после Большого взрыва молодая Вселенная была заполнена водородом, гелием и следами лития. В течение первых нескольких сотен миллионов лет никаких других элементов не существовало. Только когда образовались первые звезды и процессы слияния, происходящие внутри них, позволили создать новые элементы, Вселенная стала немного более разнообразной. Благодаря самым массивным звездам образуются тяжелые элементы: от углерода до железа и заканчивая самыми тяжелыми. Однако железо - это переломный момент, который нельзя перейти внутри звезды. Количество тепла и энергии, необходимых для создания железа в процессе плавления, превышает количество энергии, генерируемой в процессе плавления. В результате температура в ядре звезды перестает расти. Ядро звезды коллапсирует, и звезда взрывается сверхновой.
Именно в момент взрыва сверхновой звезды, которая на короткое время становится ярче своей галактики, образуются все элементы тяжелее железа. Во взрыве сверхновой при одновременном захвате множества нейтронов в так называемом r-процессе образуются нуклиды тяжелее железа. Весь процесс захвата нейтрона должен быть достаточно быстрым, чтобы предотвратить радиоактивный распад до присоединения другого нейтрона к ядру атома. Так Вселенная производит золото, серебро, торий и уран. Да-да, атомы, из которых состоит ваше золотое или обручальное кольцо, скорее всего, образовались в результате вспышки какой-нибудь умирающей массивной звезды.
Однако возможно, что это не единственные заводы по производству тяжелых элементов
В недавней исследовательской работе ученые указывают, что тяжелые элементы также могут образовываться в кольцах материи, окружающих вновь образованные черные дыры, которые активно поглощают пыль и газ из своего окружения.
Компьютерное моделирование показывает, что именно в такой среде может образоваться множество нейтрино, которые позволяют превращать протоны в нейтроны, которые, в свою очередь, как и в случае сверхновой звезды, могут присоединяться к ядрам других атомов, создавая все более тяжелые нуклиды.
Детальный анализ скорости образования нейтронов в различных типах аккреционных дисков вокруг черных дыр показал, что многие подобные диски могут быть богаты нейтронами, которые потенциально могут способствовать образованию тяжелых элементов.
Где можно найти такие диски? Например, вокруг новых черных дыр, образовавшихся в результате столкновения двух нейтронных звезд или коллапсара, то есть после того, как ядро массивной звезды коллапсирует непосредственно в черную дыру. В обеих этих ситуациях вновь образованная черная дыра будет окружена чрезвычайно плотным кольцом материи, которое будет интенсивно падать в новую черную дыру. Именно тогда может иметь место интенсивное испускание нейтрино, которое, захватывая электроны, превращает протоны в нейтроны, а они, в свою очередь, сталкиваются с атомами в r-процессе, вызывая образование более тяжелых элементов.
Манипулируя параметрами таких черных дыр, ученые обнаружили, что тяжелые элементы образуются только тогда, когда масса аккреционного диска вокруг черной дыры составляет от 1% до 10% массы Солнца. Когда масса меньше или больше, этого процесса не происходит.
Теперь ученым осталось только выяснить, как оценить массу аккреционного диска по свету, испускаемому при столкновении нейтронных звезд. Если у них все получится, то станет известно количество таких теневых заводов по производству тяжелых элементов. Так что есть вероятность того, что ваше кольцо было создано не в результате взрыва сверхновой, а прямо на краю черной дыры!