Впечатление на художник от акреционен диск с черна дупка. (Марк Гарлик/Научна фотобиблиотека/Гети изображения) Вселената може да има повече начини за изковаване на тежки елементи, отколкото си мислехме.
Създаването на метали като злато, сребро, торий и уран изисква енергийни условия, като експлозия на свръхнова или сблъсък между неутронни звезди.
Въпреки това, нова статия показва, че тези елементи могат да се образуват във вихровия хаос, който обгръща активно новородено Черна дупка тъй като поглъща прах и газ от пространството около себе си.
В тези екстремни среди високият процент на емисии на неутрино трябва да улесни превръщането на протоните в неутрони - което води до излишък от последните, необходими за процеса, който произвежда тежки елементи.
„В нашето проучване ние систематично изследвахме за първи път скоростите на преобразуване на неутрони и протони за голям брой дискови конфигурации посредством сложни компютърни симулации и открихме, че дисковете са много богати на неутрони, стига да са изпълнени определени условия срещнах,' каза астрофизикът Оливър Джъст на GSI Helmholtz център за изследване на тежки йони в Германия.
В началото, след Голям взрив , нямаше много елементи, плаващи наоколо. Докато звездите не се раждат и не започват да разбиват атомните ядра в ядрата си, Вселената беше супа от предимно водород и хелий.
Звездна ядрен синтез наситиха космоса с по-тежки елементи, от въглерод до желязо за най-масивните звезди, разпръснати в космоса, когато звездата умре.
Но желязото е мястото, където сливането на сърцевината удря на камък. Топлината и енергията, необходими за производството на желязо чрез термоядрен синтез, надвишава енергията, генерирана от процеса, което води до спад на температурата в ядрото, което на свой ред води до умиране на звездата в грандиозен кабун – свръхновата.
Това е този грандиозен кабум (икабуми от сблъскващи се неутронни звезди), където по-тежките елементи са слети. Експлозиите са толкова енергични, че атомите, сблъсквайки се със сила, могат да уловят неутрони един от друг.
Това се нарича процес на бързо улавяне на неутрони или r-процес; трябва да се случи много бързо, така че радиоактивният разпад да няма време да се случи, преди да се добавят още неутрони към ядрото.
Не е ясно дали има други сценарии, при които r-процесът може да се осъществи, освен новородено черни дупки са обещаващ кандидат. А именно, когато две неутронни звезди се слеят и тяхната комбинирана маса е достатъчна, за да насочи новообразувания обект към категорията на черните дупки.
Колапсарите са друга възможност: гравитационният колапс на ядрото на масивна звезда в черна дупка със звездна маса.
И в двата случая се смята, че бебешката черна дупка е заобиколена от плътен, горещ пръстен от материал, който се върти около черната дупка и се влива в нея, като вода в канала. В тези среди неутрино се излъчват в изобилие и астрономите отдавна предполагат, че в резултат на това може да се осъществи нуклеосинтеза с r-улавяне.
Джъст и колегите му предприеха обширен набор от симулации, за да определят дали това наистина е така. Те променяха масата и въртенето на черната дупка и масата на материала около нея, както и ефекта на различни параметри върху неутриното. Те откриха, че ако условията са подходящи, нуклеосинтезата на r-процес може да се осъществи в тези среди.
„Решаващият фактор е общата маса на диска“, Просто казано .
„Колкото по-масивен е дискът, толкова по-често неутроните се образуват от протони чрез улавяне на електрони при излъчване на неутрино и са достъпни за синтеза на тежки елементи чрез r-процеса.
„Въпреки това, ако масата на диска е твърде висока, обратната реакция играе повишена роля, така че повече неутрино да бъдат уловени от неутрони, преди да напуснат диска. След това тези неутрони се превръщат обратно в протони, което възпрепятства r-процеса.'
Това сладко място, в което тежките елементи се произвеждат най-много, е диск с маса между 1 и 10 процента от масата на Слънцето. Това означава, че неутронна звезда сливания с дискови маси в този диапазон могат да бъдат фабрики за тежки елементи. Тъй като не е известно колко често срещани са колапсарните дискове, журито все още не е за колапсари, казаха изследователите.
Следващата стъпка ще бъде да се определи как светлината, излъчена от сблъсък на неутронна звезда, може да се използва за изчисляване на масата на нейния акреционен диск.
„В момента тези данни са недостатъчни. Но със следващото поколение ускорители, като Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR), ще бъде възможно да се измерват с безпрецедентна точност в бъдеще,' каза астрофизикът Андреас Баусвайн на Центъра за изследване на тежки йони GSI Helmholtz.
„Добре координираното взаимодействие на теоретични модели, експерименти и астрономически наблюдения ще позволи на нас, изследователите, през следващите години да тестваме сливането на неутронни звезди като източник на елементите на r-процеса.“
Изследването е публикувано в Месечни известия на Кралското астрономическо дружество .