Вращающиеся звездные объекты, коллапсирующие до состояния черных дыр, могут помочь объяснить происхождение тяжелых элементов, - пишет sciencenews.org со ссылкой на Nature.
Тяжелые элементы, такие как золото, платина и уран, могут образовываться в коллапсарах - быстро вращающихся массивных звездах, которые коллапсируют в черные дыры, когда их внешние слои взрываются в редкий вид сверхновой. Диск из материала, вращающегося вокруг новой черной дыры для ее питания, может создать условия, необходимые для астрономической алхимии.
«Черные дыры в этих экстремальных условиях – капризные едоки», - говорит соавтор исследования астрофизик Брайан Метцгер из Колумбийского университета. Компьютерное моделирование показывает, что за один раз они могут «съесть» определенное количество материи, а то, что они не глотают, раздувается ветром, который богат нейтронами, - подходящие условия для создания тяжелых элементов.
Астрономы долго ломали голову над происхождением самых тяжелых элементов во Вселенной. Более легкие элементы, такие как углерод, кислород и железо, образуются внутри звезд, а затем извергаются в звездных взрывах, называемых сверхновыми. Но для создания элементов ниже по периодической таблице требуется экстремальная среда, плотно заполненная нейтронами. В такой среде может происходить цепочка реакций, известная как r-процесс, в которой атомные ядра быстро поглощают нейтроны и подвергаются радиоактивному распаду с образованием новых элементов.
Ученые подозревали, что, когда две мертвые звезды, известные как нейтронные звезды, сталкиваются, r-процесс может произойти в материале, взорванном слиянием. Астрономы недавно подтвердили эту идею, когда обнаружили столкновение между двумя нейтронными звездами, которое вызвало пульсацию пространства-времени, известную как гравитационные волны, и свет. Фейерверк показал признаки образования смеси тяжелых элементов, включая золото, серебро и платину.
Однако у объяснения с помощью нейтронной звезды есть недостатки. Эти плотные мертвые звезды могут долго сливаться. Но тяжелые элементы были найдены в древних звездах, которые сформировались в начале истории Вселенной. Неясно, могло ли слияние нейтронных звезд произойти достаточно быстро, чтобы объяснить присутствие элементов в этих ранних звездах.
Однако коллапсары могут возникать вскоре после того, как звезды начинают образовываться. И это явление может быть эффективным производителем тяжелых элементов. По словам Мецгера, один коллапсар может генерировать в 30 раз больше материала r-процесса, чем слияние нейтронных звезд. Исследователи сообщают, что коллапсары могут быть ответственны за 80 процентов элементов r-процесса во Вселенной, а слияния нейтронных звезд – за остальные 20%.
Исследование позволяет по-новому взглянуть на открытие 2016 года, что карликовая галактика под названием Reticulum II испытала катаклизм в начале истории Вселенной, который оставил элементы r-процесса в ее звездах. Ученые предположили, что слияние древних нейтронных звезд заселило галактику этими элементами. Теперь появился новый кандидат - коллапсар.
«Это очень захватывающе», - говорит астрофизик Анна Фребель из MIT, соавтор исследования 2016 года. Слияния нейтронных звезд встречаются редко, поэтому «мне показалось, что мы выиграли в лотерею». Но коллапсары встречаются примерно в 10 раз реже, поэтому, если они это объясняют, «создается впечатление, что мы выиграли в лотерею дважды».
Но до сих пор неясно, возникают ли коллапсары достаточно часто или они производят большое количество материала, чтобы объяснить изобилие тяжелых элементов, видимых во Вселенной.
Теперь ученые хотят понять, коллапсары или нейтронные звезды
лучше объясняют поведение галактик, подобных Reticulum II, и
образование тяжелых элементов.
[Фото: sciencenews.org]
