Тяжелые металлы на Земле появились в результате взрыва сверхновой

В открытии, которое может перевернуть наше понимание происхождения таких тяжелых элементов Земли, как золото и платина, новое исследование физика из Университета Гвельфа предполагает, что большинство из них было извергнуто из-за взрыва звезды далеко в пространстве и давно по времени на нашу планету.

Около 80 процентов тяжелых элементов во Вселенной, вероятно, образовались в коллапсарах -редкой, но богатой элементами форме взрыва сверхновой из-за гравитационного коллапса старых массивных звезд, в 30 раз тяжелее Солнца, считает профессор физики Даниэль Сигел.

Этот вывод опровергает широко распространенное мнение, что эти элементы в основном происходят от столкновений между нейтронными звездами или между нейтронной звездой и черной дырой.

Ученые использовали суперкомпьютеры для имитации динамики коллапсаров, гравитация которых заставляет их взрываться и образовывать черные дыры. Согласно модели, массивные быстро вращающиеся коллапсары выбрасывают тяжелые элементы, количество и распределение которых удивительно похоже на то, что мы наблюдаем в Солнечной системе.

Большинство элементов, найденных в природе, появились в результате ядерных реакций в звездах и в конечном итоге были выброшены в результате звездных взрывов.

Тяжелые элементы, найденные на Земле и в других частях Вселенной, варьируются от золота и платины до урана и плутония, используемых в ядерных реакторах, и до более экзотических химических элементов, таких как неодим, используемых в потребительских товарах, таких как электроника.

Команда Сигела начала работать над пониманием физики слияния нейтронных звезд, прежде чем их моделирование указало на коллапсары в качестве источника тяжелых элементов. «Наше исследование слияний нейтронных звезд привело к мысли, что рождение черных дыр при совершенно другом типе звездного взрыва может привести к еще большему количеству золота, чем слияния нейтронных звезд», рассказывает Сигел.

По словам Сигеля, то, что коллапсарам не хватает по частоте, компенсирует образование тяжелых элементов. Коллапсары также производят интенсивные вспышки гамма-лучей.

«Восемьдесят процентов тяжелых элементов должны происходить от коллапсаров. Коллапсары более редки, чем слияния нейтронных звезд, но количество вещества, которое они выбрасывают в космос, намного выше, чем у слияния нейтронных звезд».

Теперь команда надеется увидеть подтверждение теоретической модели. Сигель сказал, что инфракрасные приборы, такие как на космическом телескопе Джеймса Уэбба, запуск которого запланирован на 2021 год, должны суметь обнаружить контрольное излучение тяжелых элементов из коллапсара в далекой галактике.

Астрономы могут также обнаружить признаки коллапсаров, посмотрев на количество и распределение тяжелых элементов в других звездах по всей галактике Млечный Путь. Это исследование может дать подсказки о том, как началась наша галактика.

«Попытка определить, откуда берутся тяжелые элементы, может помочь понять, как галактика была химически собрана и как образовалась галактика. Это может помочь решить некоторые вопросы в космологии, поскольку тяжелые элементы являются хорошим индикатором», уверен Сигель.

В этом году исполняется 150 лет со дня создания Дмитрием Менделеевым периодической таблицы химических элементов. С тех пор ученые добавили гораздо больше элементов в периодическую таблицу, которая является основным учебником по всему миру.

Ссылаясь на российского химика, Сигел сказал: «Мы узнали еще много элементов, которых он не знал. Удивительно то, что после 150 лет изучения фундаментальных строительных блоков природы мы до сих пор не совсем понимаем, как устроена Вселенная и как была создана большая часть элементов в периодической таблице».

Статья опубликована в журнале Nature.