Астрофизики раскрыли тайну происхождения золота и других тяжелых элементов

Изначально во Вселенной имелись лишь легчайшие атомы, водород с небольшими количествами гелия. Весь набор элементов вплоть до железа появился из них в результате термоядерных реакций, протекавших – и продолжающих протекать – в недрах многих поколений звезд. Однако рождение более тяжелых элементов, включая золото или уран, требует еще более суровых условий.

Более полувека назад теоретики описали возможный механизм их образования. Это r-процесс, в ходе которого свободно движущиеся нейтроны захватываются ядрами атомов железа, накапливаясь в нем. Некоторые из нейтронов могут затем терять электрон, превращаясь в протоны и образуя все более тяжелые ядра. Расчеты показывают, что такой захват должен происходить быстро – быстрее, чем распадаются нестабильные изотопы железа с повышенным количеством нейтронов. Это требует особых условий протекания r-процесса, и считается, что в космосе он может реализоваться непосредственно перед взрывом огромной сверхновой звезды или в ударной волне этого взрыва при слиянии пары невероятно плотных нейтронных звезд и в других весьма экстремальных обстоятельствах.

Такая картина является общепринятой в астрофизике, однако во многом остается теоретической. В частности, какой именно вклад в наполнение Вселенной этими элементами вносят сверхновые, а какой – слияния нейтронных звезд, остается предметом дискуссий. Эти споры получили развитие в результате новых наблюдений за карликовой галактикой Сетка II, открытой лишь около года назад. Сетка II – один из многочисленных небольших спутников Млечного Пути и находится всего в 98 тыс. световых лет от Земли. И она битком набита элементами тяжелее железа.

Заметить это сумели астрономы из Института Кавли, использовавшие расположенные в Чили телескопы обсерватории Лас-Кампас. Наблюдая семь из девяти самых больших и ярких звезд Сетки II, они отметили аномально высокое содержание в них элементов тяжелее железа. Это крайне необычная особенность, резко выделяющая Сетку II на фоне соседних карликовых галактик. В статье, опубликованной журналом Nature, авторы выдвигают предположение о том, какое именно мощное событие в далеком прошлом Сетки II могло насытить ее такими элементами.

Дело в том, что количество и относительный состав тяжелых элементов, рожденных взрывом сверхновой или слиянием нейтронных звезд, могут различаться. «Взрыв звезды массой в 8 раз больше солнечной создаст золото массой примерно с Луну, – поясняет профессор Калифорнийского университета в Санта-Крузе Энрико Рамирес-Руз (Enrico Ramirez-Ruiz). – Слияние нейтронных звезд породит золота столько, сколько весит весь Юпитер». Обнаруженное учеными количество тяжелых элементов в Сетке II указывает именно на нейтронные звезды в качестве основного источника таких ядер. По крайней мере, в карликовых галактиках.