Група міжнародних дослідників повернулася до формування Сонячної системи 4,6 мільярда років тому, щоб по-новому поглянути на космічне походження найважчих елементів. І виявила, як саме вони утворилися і під час якого процесу.
Важкі елементи, з якими ми стикаємося в нашому повсякденному житті, такі як залізо і срібло, не існували на початку Всесвіту 13,7 мільярда років тому. Вони були створені в часі в результаті ядерних реакцій, званих нуклеосинтезом, які об’єднали атоми разом. Зокрема, йод, золото, платина, уран, плутоній і кюрій – деякі з найважчих елементів – були створені за допомогою особливого типу нуклеосинтезу, званого процесом швидкого захоплення нейтронів або r-процесом.
Питання про те, які астрономічні події можуть виробляти найважчі елементи, залишається загадкою протягом десятиліть. Сьогодні вважається, що r-процес може відбуватися під час сильних зіткнень між двома нейтронними зірками, між нейтронною зіркою і чорною дірою або під час рідкісних вибухів після смерті масивних зірок. Такі високоенергетичні події відбуваються у Всесвіті дуже рідко. Коли це відбувається, нейтрони включаються в ядра атомів, а потім перетворюються в протони. Оскільки елементи в періодичній таблиці визначаються кількістю протонів в їх ядрах, процес r створює важчі ядра в міру захоплення більшої кількості нейтронів.
Деякі з ядер, утворених в результаті r-процесу, радіоактивні, і для їх розпаду на стабільні ядра потрібні мільйони років. Йод-129 і кюрий-247 – два таких ядра, які були утворені до утворення Сонця. Вони були включені у тверді тіла, які в кінцевому підсумку впали на земну поверхню у вигляді метеоритів. Усередині цих метеоритів в результаті радіоактивного розпаду утворився надлишок стабільних ядер. Сьогодні це перевищення можна виміряти в лабораторіях, щоб визначити кількість йоду-129 і кюрія-247, які були присутні в Сонячній системі безпосередньо перед її утворенням.
Чому ці два ядра r-процесу такі особливі? У них є звичайна властивість: вони розпадаються майже з однаковою швидкістю. Іншими словами, співвідношення між йодом-129 і кюріем-247 не змінилося з моменту їх створення мільярди років тому.
«Це дивовижний збіг, особливо з урахуванням того, що ці ядра є двома з п’яти радіоактивних ядер r-процесу, які можна виміряти в метеоритах. Коли співвідношення йоду-129 і кюрія-247 застигло в часі, як доісторичне викопне, ми можемо безпосередньо поглянути на останню хвилю виробництва важких елементів, яка сформувала склад Сонячної систем», – говорить Бенуа Коте, обсерваторія Конкол
Йод з його 53 протонами створюється легше, ніж кюрій з його 96 протонами. Це пов’язано з тим, що для досягнення більшого числа протонів кюрія потрібно більше реакцій захоплення нейтронів. Як наслідок, співвідношення йоду-129 і кюрія-247 сильно залежить від кількості нейтронів, які були доступні під час їх створення.
Команда розрахувала співвідношення йоду-129 до кюрію-247, синтезовані зіткненнями нейтронних зірок і чорних дір, щоб знайти правильний набір умов, що відтворюють склад метеоритів. Вони прийшли до висновку, що кількість нейтронів, доступних під час останньої події r-процесу перед народженням Сонячної системи, не могло бути занадто великим. В іншому випадку було б утворено занадто багато кюрія в порівнянні з йодом. Це означає, що дуже багаті нейтронами джерела, такі як матерія, що відірвалася від поверхні нейтронної зірки під час зіткнення, ймовірно, не грали важливої ролі.
Так що ж створило ці ядра r-процесу? Хоча дослідники могли надати нову інформацію про те, як вони були створені, вони не змогли визначити природу астрономічного об’єкта, який їх створив. Це пов’язано з тим, що моделі нуклеосинтезу засновані на невизначених ядерних властивостях, і дотепер неясно, як зв’язати доступність нейтронів з конкретними астрономічними об’єктами – такими, як масивні вибухи зірок і зіштовхуються нейтронні зірки.
За допомогою цього нового діагностичного інструменту досягнення в області астрофізичного моделювання та розуміння ядерних властивостей можуть виявити, які астрономічні об’єкти створюють найважчі елементи Сонячної системи.
Натхнення: hightech.fm