Астрономы подтвердили возможность образования золота в окрестностях черных дыр

Ранняя Вселенная состояла из водорода и небольших количеств соседних с ним легких элементов. Все остальные образовались уже в процессе термоядерных реакций, протекающих в недрах звезд. Однако для появления ядер массивнее железа требуются куда более экстремальные условия и процессы. Считается, что золото, уран и другие тяжелые элементы возникают во взрывах сверхновых, а также при гибели коллапсаров и при слиянии нейтронных звезд.

Эти сценарии подтвердило компьютерное моделирование, проведенное командой немецких астрофизиков во главе с Оливером Джустом (Oliver Just). Их статья опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society; коротко о работе рассказывается в сообщении пресс-службы Центра по изучению тяжелых ионов имени Гельмгольца.

Можно заметить, что сценарии с коллапсом массивной звезды или слиянием нейтронных звезд завершаются образованием черной дыры, окруженной плотным облаком материи. В ее ближайших окрестностях может развиваться быстрый процесс захвата свободных нейтронов (r-процесс) легкими ядрами с образованием тяжелых, при котором они набирают массу до тех пор, пока скорость захвата не станет ниже скорости распада получившегося изотопа.

Чтобы проверить эти расчеты, Оливер Джуст и его коллеги смоделировали черные дыры с разной массой и скоростью вращения, окруженные аккреционными дисками разных размеров и плотности. Работа подтвердила, что при определенном сочетании условий в таких обстоятельствах действительно может протекать r-процесс, завершающийся образованием золота и других тяжелых элементов.

Ученые отмечают, что чем массивнее диск, тем больше в нем появляется нейтронов, которые могут участвовать в синтезе тяжелых элементов. Но если диск слишком массивен, нейтроны в нем быстро захватывают свободные нейтрино, превращаются в протоны и «выпадают» из r-процесса, останавливая его. По оценкам авторов работы, в идеале аккреционный диск черной дыры должен иметь от 0,01 до 0,1 массы Солнца.