Золото из света? Новая теория рождения тяжелых элементов в недрах умирающих звезд

Американские астрофизики предложили альтернативный механизм происхождения самых тяжелых элементов во Вселенной — золота, платины и урана. Согласно их модели, ключевую роль в этом процессе играют не слияния нейтронных звезд, а мощнейшие гамма-всплески, сопровождающие коллапс одиночных массивных светил.

Фотоны против нейтронов: новая космическая алхимия

Главная проблема при синтезе тяжелых элементов — необходимость в колоссальном потоке свободных нейтронов. Стандартная теория отводит эту роль слияниям нейтронных звезд, где вещество разлетается с нужной плотностью. Однако исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории под руководством Мэттью Мампауэра указывают на другой источник — коллапсары.

Когда ядро звезды, в десятки раз массивнее Солнца, схлопывается в черную дыру, ее вращение и магнитные поля порождают узкие джеты — струи плазмы, движущиеся почти со скоростью света. Ученые обнаружили, что фотоны сверхвысокой энергии (гамма-кванты) в основании этих джетов способны буквально разбивать атомные ядра на протоны и нейтроны. Этот процесс, называемый фотодиссоциацией, генерирует нейтроны с фантастической скоростью — за миллиардные доли секунды.

Кокон из нейтронов: как рождаются тяжелые атомы

Ключевой элемент новой теории — разделение заряженных и нейтральных частиц в магнитном поле. Протоны, захваченные полем, уносятся джетом, а нейтроны, лишенные заряда, скапливаются в горячей оболочке (коконе) вокруг него. Именно в этом коконе создаются идеальные условия для быстрого захвата нейтронов (r-процесса): высокая плотность нейтронов, температура и наличие «затравочных» ядер. Таким образом, умирающая звезда сама создает и ингредиенты, и реактор для синтеза тяжелых элементов, которые затем разбрасываются по космосу при взрыве сверхновой.

Разгадка космических тайн

Новая гипотеза объясняет несколько астрономических феноменов. Например, килоновые — оптические и инфракрасные вспышки после мощных гамма-всплесков — ранее однозначно связывали со слиянием нейтронных звезд. Теперь же допускается, что их причиной может быть и коллапс одиночной звезды. Кроме того, механизм дает альтернативное объяснение находкам изотопов железа-60 и плутония-244 в глубоководных отложениях Земли — следов недавних взрывов рядом с Солнечной системой.

Для окончательного подтверждения теории потребуются масштабные компьютерные симуляции, учитывающие физику плазмы, ядерные реакции и гравитационные эффекты. Тем не менее, сама идея о том, что свет высокой энергии может быть прямым участником создания тяжелых атомов, кардинально меняет представление о космической эволюции. Вселенная, похоже, использует гораздо более разнообразные «алхимические рецепты», и ключ к происхождению золота на Земле может лежать не только в столкновении мертвых звезд, но и в предсмертном крике звезды умирающей.