Редкоземельные элементы могут возникать в ходе слияний нейтронных звезд

Японские и европейские астрономы выяснили, что слияния нейтронных звезд приводят к формированию сверхтяжелых атомов из группы лантаноидов, куда входят церий, неодим и многие другие важные редкоземельные металлы. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences. Об этом сообщила пресс-служба японского Центра вычислительной астрофизики (CfCA).

"Нам впервые удалось обнаружить следы редкоземельных элементов в спектре вспышки, порожденной слиянием нейтронных звезд. Это открытие значительно расширяет наши представления о процессе химической эволюции Вселенной", - заявила научный сотрудник университета Тохоку (Япония) Нанаэ Домото, чьи слова приводит пресс-служба CfCA.

Сегодня физики считают, что все элементы тяжелее железа, в том числе золото, уран, а также другие тяжелые и редкоземельные металлы, возникли по большей части в результате взрывов сверхновых, так как температура и давление внутри "нормальных" звезд слишком низки для их быстрого формирования.

Впоследствии ученые обнаружили, что вспышки сверхновых не могли породить нужного количества некоторых астрономических "металлов", элементов тяжелее гелия и водорода. По этой причине теоретики предположили, что в формировании этих элементов были замешаны другие, более экзотические процессы, такие как столкновения нейтронных звезд.

Химическая эволюция Вселенной

Первые намеки на то, что это действительно так, были получены в августе 2017 года, когда гравитационные обсерватории LIGO и ViRGO зафиксировали колебания ткани пространства-времени, порожденные слиянием двух пульсаров в галактике NGC 4993 в созвездии Гидры. В спектре этой вспышки исследователи обнаружили следы так называемого "R-процесса", цепочки термоядерных реакций, в рамках которой легкие ядра превращаются в золото и прочие тяжелые элементы.

Домото и ее коллеги заинтересовались тем, присутствуют ли в спектре этого катаклизма следы других реакций, которые ведут к образованию иных тяжелых элементов, в том числе лантана, церия и других металлов из группы лантаноидов. Многие из этих веществ, как отмечают ученые, должны обладать очень яркими и четкими линиями в спектре, что облегчает процесс их поиска во вспышке килоновой, порожденной слиянием нейтронных звезд.

Руководствуясь этой идеей, исследователи просчитали на суперкомпьютере то, как выглядят линии излучения и поглощения для всех лантаноидов, и попытались найти их в данных, собранных орбитальными инфракрасными телескопами в августе 2017 года во время наблюдений за вспышкой GW170817 в галактике NGC 4993.

Как оказалось, в инфракрасной части спектра этой вспышки действительно присутствовали линии, связанные с лантаном и церием. Количество атомов этих элементов было относительно небольшим, однако сам факт их присутствия говорит о том, что слияния нейтронных звезд действительно порождают элементы из группы лантана, подытожили исследователи.