Създаването на метали като злато, сребро, торий и уран изисква специфични енергийни условия – например избухването на свръхнова или сблъсък между неутронни звезди.
Нов научен труд обаче показва, че тези елементи биха могли да се формират и в бушуващия хаос на активните новородени черни дупки, които поглъщат прах и газ от пространството около тях.
В тези екстремни условия високите емисии на неутрино би трябвало да подпомогнат преобразуването на протоните в неутрони. Именно големите количества неутрони, които ще се формират по този начин, са необходими за производство на тежки елементи.
„В нашето изследване ние използвахме сложни компютърни симулации, за да проучим систематично за първи път степента на преобразуване на неутрони в протони за голям брой дискови конфигурации. Именно така открихме, че дисковете са особено богати на неутрони (стига да настъпят определени условия)“, казва астрофизикът Оливър Джъст от центъра за изследване на тежки йони „Хелмхолц“ в Германия.
В началото, непосредствено след Големия взрив, в космическото пространство не е имало много елементи. Преди звездите да започнат да се формират и да задействат активните си процеси в ядрата, Вселената е представлявала една супа, съставена предимно от водород и хелий.
Когато малко по малко обаче звездите започват да умират, те обогатяват космическото пространство (благодарение на звездния термоядрен синтез приживе) с по-тежки елементи – от водород до желязо.
Ядреният синтез обаче удря на камък точно при желязото. Топлината и енергията, необходими за производството на желязо чрез синтез, надвишават енергията, която процесът генерира. Това от своя страна довежда до спад в температурите, а звездата избухва в една впечатляваща експлозия, наречена свръхнова.
Именно при тази експлозия (или при сблъсъка на неутронни звезди) се синтезират по-тежките елементи. Експлозиите са толкова енергийни, че атомите, които се сблъскват един в друг яростно, поглъщат неутроните си един на друг. В случая става дума за т.нар. r-процес (или процес на бързо поглъщане на неутрони). Това е форма на нуклеосинтез, която протича главно при срив на ядрото на свръхнови. При r-процеса изходен изотоп, най-често 56Fe или друг тежък изотоп с голям брой неутрони, поглъща допълнителни неутрони. На r-процеса се дължи образуването на около половината от изотопите на елементите, по-тежки от желязото, поради което той играе важна роля за химическото развитие на галактиките.
Не е ясно дали този r-процес може да възникне и при други сценарии, но новородените черни дупки са един многообещаващ кандидат. И по-конкретно – когато две неутронни звезди се слеят и тяхната комбинирана маса довежда до образуването на нов обект, попадащ в категорията на черните дупки. Другият вариант е ядрото на масивна звезда да рухне и да формира черна дупка със звездна маса.
И в двата случая новородената черна дупка се обгръща с плътен и горещ пръстен от материал, който се влива в нея – досущ като вода в сифон. В подобни екстремни условия се излъчва неутрино в изобилни количества и астрономите предполагат, че r-процесът е възможен и тук.
За да проверят дали нещата действително стоят по този начин, Джъст и колегите му извършват множество симулации с черни дупки с различни маси и въртене и с различна маса на материала около тях. Ефектът на различните параметри на неутриното също е отчетен. В края на краищата откриват, че ако условията са подходящи, r-процесът може да настъпи и в тези среди.
„Решаващият фактор е общата маса на диска – казва Джъст. – Колкото по-масивен е дискът, толкова по-често ще се образуват неутрони от протони.“ Как? Като се улавят електрони при емисиите на неутрино. Впоследствие именно тези неутрони участват в синтеза на по-тежките елементи чрез r-процеса.
„Ако масата на диска обаче е твърде голяма, настъпва точно обратната реакция – по-голямо количество неутрино се улавя повторно от неутроните, преди да напуснат диска. Тези неутрони се преобразуват отново в протони, което от своя страна пречи на r-процеса.“
Златната среда за образуването на тежки елементи е в диск с маса между 1 и 10 процента от слънчевата.
Изследването е публикувано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Източник: Science Alert
