Исследователи из Университета штата Мичиган обнаружили, что одна из самых важных реакций – создание атомов углерода - во Вселенной может получать огромный и неожиданный импульс внутри взрывающихся звезд, известных как сверхновые, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Nature.
Это открытие также ставит под сомнение идеи о том, как создаются некоторые из тяжелых элементов Земли. В частности, это опровергает теорию, объясняющую необычно высокое содержание на планете некоторых форм или изотопов элементов рутения и молибдена.
«Это удивительно, - сказал Люк Робертс, доцент Центра изучения редких изотопных лучей FRIB и факультета физики и астрономии Университета штата Мичиган. Робертс реализовал компьютерный код, который команда использовала для моделирования окружающей среды внутри сверхновой. -Мы, безусловно, потратили много времени, чтобы убедиться, что результаты верны».
Результаты показывают, что самые внутренние области сверхновых могут выковывать атомы углерода в 10 раз быстрее, чем считалось ранее. Это образование углерода происходит в результате реакции, известной как процесс тройного альфа.
«Реакция тройного альфа - во многих отношениях самая важная реакция. Она определяет наше существование», - сказал Хендрик Шац, один из сотрудников Робертса. Шац является заслуженным профессором факультета физики и астрономии и Центра редких изотопных пучков, а также директором Объединенного института ядерной астрофизики - Центра эволюции элементов, или JINA-CEE.
Почти все атомы, из которых состоит Земля и все на ней, включая людей, были выкованы в звездах. Поклонники покойного писателя и ученого Карла Сагана могут вспомнить его знаменитую цитату: «Мы все сделаны из звезд». Возможно, нет звездного вещества более важного для жизни на Земле, чем углерод, образовавшийся в космосе в результате процесса тройной альфа.
Процесс начинается с альфа-частиц, которые являются ядрами атомов, или ядер гелия. Каждая альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов. В процессе тройного альфа звезды объединяют три альфа-частицы, создавая новую частицу с шестью протонами и шестью нейтронами. Это самая распространенная форма углерода во Вселенной. Есть и другие изотопы, полученные в результате других ядерных процессов, но они составляют чуть более 1% атомов углерода Земли.
Тем не менее, по словам Робертса, слияние трех альфа-частиц обычно является неэффективным процессом, если только что-то извне им не помогает. Команда ученых показала, что в самых внутренних областях сверхновых могут плавать такие помощники - избыточные протоны. Таким образом, сверхновая, богатая протонами, может ускорить тройную альфа-реакцию.
Но ускорение реакции тройного альфа также тормозит способность сверхновой создавать более тяжелые элементы в периодической таблице, сказал Робертс. Это важно, потому что ученые долгое время считали, что сверхновые, богатые протонами, создали на Земле удивительное изобилие определенных изотопов рутения и молибдена, которые содержат около 100 протонов и нейтронов.
Теперь ученым необходимо придумать другой способ объяснить изобилие таких элементов на Земле. И, по словам Шаца, найти альтернативу будет не просто.
«Это своего рода неудача, - сказал создатель проекта Сэм Остин, заслуженный профессор Университета штата Мичиган и бывший директор Национальной сверхпроводящей циклотронной лаборатории, предшественницы FRIB. - Мы думали, что знаем это, но мы не знаем этого достаточно хорошо».
Исследователи добавили, что существуют и другие идеи, но ни одна из них не может полностью удовлетворить ученых-ядерщиков. Кроме того, ни одна из существующих теорий еще не включает это новое открытие.
«Что бы ни случилось дальше, вы должны учитывать эффекты ускоренной реакции тройного альфа. Это интересная загадка», - сказал Шац.
Хотя у команды нет немедленных решений этой загадки, исследователи заявили, что это повлияет на предстоящие эксперименты в FRIB, в Университете штата Мичиган, который недавно был назначен пользовательским центром Министерства энергетики США (DOE-SC).
Несмотря на то, что Остин выразил небольшое разочарование по поводу того, что этот результат противоречит давним представлениям о создании элементов, он также знает, что это будет способствовать развитию новой науки и лучшему пониманию Вселенной. «Прогресс приходит тогда, когда есть противоречие», - сказал он.
«Мы любим прогресс, - сказал Шац. - Даже когда он разрушает нашу
любимую теорию».
[Фото: ru.123rf.com/profile_titonz]
