Звідки береться золото? Нове уявлення про синтез елементів у Всесвіті

16 / 11 / 2021 08:54, автор: Анатолій Колесник
Звідки береться золото? Нове уявлення про синтез елементів у Всесвіті - фото
Багатий нейтронами матеріал викидається з диска, що забезпечує швидкий процес захоплення нейтронів (r-процес). Світло-блакитна область є особливо швидким викидом речовини, який називається струменем, або джетом, і зазвичай виникає паралельно осі обертання диска. (Credit: National Radio Astronomy Observatory, USA)

Як утворюються хімічні елементи в нашому Всесвіті? Звідки беруться такі важкі елементи, як золото та уран? Використовуючи комп’ютерні симуляції, дослідники показали, що синтез важких елементів характерний для певних чорних дір з орбітальними скупченнями речовини -- так званими акреційними дисками.

Прогнозована кількість формованих елементів дає уявлення про те, які важкі елементи необхідно вивчати в майбутніх лабораторіях, таких як Центр досліджень антипротонів та іонів (FAIR), який зараз будується з метою розкриття походження важких елементів, розповідають у Товаристві німецьких дослідницьких центрів імені Гельмгольца (GSI).

Результати дослідження опубліковані в журналі "Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства".

Усі важкі елементи, що зараз існують на Землі, утворилися в екстремальних умовах астрофізичних середовищ: всередині зірок, при зоряних вибухах і під час зіткнення нейтронних зір. Дослідників цікавить питання, у яких із цих астрофізичних подій виникли потрібні умови для утворення найважчих елементів, таких як золото чи уран. Захопливе перше спостереження гравітаційних хвиль та електромагнітного випромінювання, що виникли в результаті злиття нейтронних зір у 2017 році, показало, що багато важких елементів можуть утворюватися та вивільнятися в цих космічних зіткненнях. Однак залишається відкритим питання про те, коли та чому відбувається викид матеріалу, і чи можуть бути інші сценарії, за яких можуть вироблятися важкі елементи.

Перспективними кандидатами для виробництва важких елементів є чорні діри з акреційним диском з щільної та гарячої речовини, що обертається навколо них. Така система утворюється як після злиття двох масивних нейтронних зір, так і під час так званого колапсара – колапсу то подальшого вибуху обертової зорі. Внутрішній склад таких акреційних дисків досі не був вивчений значною мірою, зокрема щодо умов, за яких утворюється надлишок нейтронів. Велика кількість нейтронів є основною вимогою для синтезу важких елементів, оскільки вона забезпечує швидкий процес захоплення нейтронів або r-процес. Майже безмасові нейтрино відіграють ключову роль у цьому процесі, оскільки вони забезпечують конверсію між протонами й нейтронами.

Вигляд акреційного диска у розрізі

Вигляд акреційного диска у розрізі при симуляції. (Credit: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH)

«У нашій роботі ми вперше систематично досліджували швидкості перетворення нейтронів і протонів для великої кількості конфігурацій дисків за допомогою складних комп’ютерних симуляцій, і ми виявили, що диски дуже багаті на нейтрони при дотриманні певних умов», — пояснює доктор Олівер Джаст з групи релятивістської астрофізики дослідницького підрозділу GSI "Теорія".

«Вирішальним фактором є загальна маса диска. Чим масивніший диск, тим частіше нейтрони утворюються з протонів шляхом захоплення електронів з емісією нейтрино та доступні для синтезу важких елементів за допомогою r-процесу. Однак, якщо маса диска занадто велика, зворотна реакція відіграє підвищену роль, так що нейтрони знову захоплюють більше нейтрино, перш ніж вони покинуть диск. Потім ці нейтрони перетворюються назад у протони, що перешкоджає r-процесу».

Як показує дослідження, оптимальна маса диска для плідного виробництва важких елементів становить приблизно від 0,01 до 0,1 сонячної маси. Результат дає вагомі докази того, що злиття нейтронних зір, що утворюють акреційні диски з такими точними масами, можуть бути точкою походження значної частини важких елементів. Однак, чи виникають такі акреційні диски у колапсарних системах та як часто, наразі незрозуміло.

На додаток до можливих процесів викиду маси, дослідницька група під керівництвом доктора Андреаса Баусвайна також досліджує світлові сигнали, що генеруються викинутою речовиною, які будуть використані для отримання висновку про масу та склад викинутої речовини в майбутніх спостереженнях за зіткненнями нейтронних зір. Важливим компонентом для правильного зчитування цих світлових сигналів є точне знання мас та інших властивостей новоутворених елементів.

«Цих даних наразі недостатньо. Але з наступним поколінням прискорювачів, таких як FAIR, у майбутньому можна буде вимірювати їх з безпрецедентною точністю. Добре скоординована взаємодія теоретичних моделей, експериментів та астрономічних спостережень дозволить нам, дослідникам, у найближчі роки перевірити злиття нейтронних зір у якості походження елементів r-процесу», — прогнозує Баусвайн.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

ТЕГИ:

 

Останні новини


всі новини


 
ПОПУЛЯРНІ НОВИНИ:
26-31 березня в Києві проходять продуктові ярмарки

17:55, 25 березня 2024 р.
26-31 березня в Києві проходять продуктові ярмарки
 
В Укргідроенерго розповіли про влучання в ДніпроГЕС

07:48, 22 березня 2024 р.
В Укргідроенерго розповіли про влучання в ДніпроГЕС
 
Почалася 758 доба повномасштабного російського вторгнення: зве...

07:58, 22 березня 2024 р.
Почалася 758 доба повномасштабного російського вторгнення: зве...
 
ЦПД: росія готує низку ІПСО після масованого удару

07:37, 22 березня 2024 р.
ЦПД: росія готує низку ІПСО після масованого удару
 
Під час масованої атаки знищено 55 шахедів і 37 ракет

09:33, 22 березня 2024 р.
Під час масованої атаки знищено 55 шахедів і 37 ракет
 
 
СХОЖІ НОВИНИ:
Астрономи виявили крихітну чорну діру, яка неодноразово пробив...

07:12, 28 березня 2024 р.
Астрономи виявили крихітну чорну діру, яка неодноразово пробив...
 
Надмасивні чорні діри ненадовго прокидаються з глибокого сну з...

07:52, 27 березня 2024 р.
Надмасивні чорні діри ненадовго прокидаються з глибокого сну з...
 
JWST розгледів велику кількість новонароджених квазарів у ранн...

07:04, 10 березня 2024 р.
JWST розгледів велику кількість новонароджених квазарів у ранн...
 
Машинне навчання показало, що лише злиття галактик недостатньо...

11:30, 7 березня 2024 р.
Машинне навчання показало, що лише злиття галактик недостатньо...
 
Вебб відкрив таємниці галактики, однієї з найвіддаленіших сере...

06:22, 5 березня 2024 р.
Вебб відкрив таємниці галактики, однієї з найвіддаленіших сере...
 
Цей сайт та сторонні віджети на ньому використовують COOKIE, що необхідно для повноцінної роботи сайту. “Куки” – це безпечна технологія збирання аналітичної інформації про відвідувачів. Їх можна відключити у налаштуваннях Вашого браузера. Погодитися на використання Cookie