
Астрофізики показали, які зірки «народжували» уран і золото
Дослідницька група з Гельмгольццентру в Дармштадті разом з колегами з Бельгії та Японії показала, що синтез важких елементів характерний для певних чорних дір з аккреційними дисками. Передбачена моделюванням велика кількість елементів дає уявлення про те, які з них необхідно вивчати в лабораторіях майбутнього для з'ясування походження важких ядер.
Як утворюються хімічні елементи у Всесвіті? Звідки беруться такі важкі елементи, як золото і уран?
Всі важкі елементи, що існують сьогодні на Землі, утворилися в екстремальних умовах всередині зірок. Дослідників хвилює питання, які конкретно події допомогли створити найважчі елементи, такі як золото або уран. Спостереження гравітаційних хвиль і електромагнітного випромінювання, що виходять від злиття нейтронних зірок, дозволило припустити, що багато важких елементів можуть утворюватися і в таких зіткненнях космічних об'єктів. Однак коли і чому відбувається викид матеріалу? Чи можуть існувати інші сценарії появи важких елементів?
Чорні діри є перспективними кандидатами в «генератори важких елементів», адже вони обертаються навколо акреційного диска зі щільної та гарячої матерії. Така система утворюється після злиття двох масивних нейтронних зірок. Внутрішній склад акреційних дисків був досі вивчений дуже погано.
Для синтезу важких елементів вкрай важливий надлишок нейронів в акреційному диску. У такому випадку може відбутися процес захоплення швидких нейтронів, ключову роль в якому відіграють майже безмасові нейтрино - вони забезпечують конверсію між протонами і нейтронами. Однак такі ситуації вивчені ще гірше.
Дослідники вперше систематично вивчили швидкість конверсії нейтронів і протонів для великої кількості конфігурацій акреційних дисків за допомогою складного комп'ютерного моделювання. Вони виявили, що масивні диски дуже багаті нейтронами. Чим масивніший диск, тим частіше нейтрони утворюються з протонів шляхом захоплення електронів при випусканні нейтрино і доступні для синтезу важких елементів.
Однак, якщо маса диска буде занадто велика, головну скрипку почне грати зворотна реакція - більше нейтрино буде захоплюватися нейтронами до того, як вони покинуть диск. Ці нейтрони потім перетворяться на протони. Дослідження показує, що оптимальна маса диска для активного виробництва важких елементів - від 0,01 до 0,1 мас Сонця.
Результати доводять, що злиття нейтронних зірок, що породжують акреційні диски з відповідними масами, можуть бути місцем походження значної частини важких елементів. Однак поки неясно, як часто виникають такі акреційні диски.
Результати опубліковані в журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.