Црните дупки можеби произведуваат злато
Метали како злато, сребро, ториум и ураниум не настануваат во обични вселенски услови. За нивното создавање се потребни екстремни енергетски настани, како експлозија на супернова или судир меѓу неутронски ѕвезди. Нов научен труд, сепак, отвора поинаква можност: овие елементи би можеле да се формираат и во разбрануваниот хаос околу активни новородени црни дупки, додека тие го голтаат правот и гасот од просторот околу себе.
In This Article:
- Неутрината можат да ги претворат протоните во неутрони
- Пред ѕвездите вселената била супа од водород и хелиум
- Кај железото фузијата наидува на ѕид
- r-процесот создава приближно половина од изотопите потешки од железото
- Две патеки водат до новородена црна дупка
- Материјалот се влева во дискот како вода во сливник
- Решавачкиот фактор е вкупната маса на дискот
- Премногу масивен диск го кочи создавањето тешки елементи
- Трудот е објавен во Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
Неутрината можат да ги претворат протоните во неутрони
Во таква средина владеат услови што ретко може да се замислат на друго место: огромна топлина, густ материјал и силни емисии на неутрина. Токму тие емисии би требало да помогнат во претворањето на протоните во неутрони. А големите количества неутрони се неопходни за производство на тешки елементи. „Во нашето истражување користевме сложени компјутерски симулации за првпат систематски да ја проучиме стапката на претворање на неутроните во протони за голем број дисковни конфигурации. Токму така откривме дека дисковите се особено богати со неутрони, под услов да настапат одредени околности“, вели астрофизичарот Оливер Џаст од Центарот за истражување на тешки јони „Хелмхолц“ во Германија.
Пред ѕвездите вселената била супа од водород и хелиум
Непосредно по Големата експлозија, во вселенскиот простор немало многу елементи. Пред ѕвездите да почнат да се формираат и да ги активираат процесите во своите јадра, вселената била составена претежно од водород и хелиум. Подоцна, кога ѕвездите малку по малку почнале да умираат, тие го збогатиле вселенскиот простор со потешки елементи. Тоа се случувало благодарение на ѕвездената термонуклеарна фузија за време на нивниот живот, од водород сѐ до железо.
Кај железото фузијата наидува на ѕид
Процесот што ги создава елементите во ѕвездите не може да оди бескрајно. Топлината и енергијата потребни за создавање железо преку фузија стануваат поголеми од енергијата што самиот процес ја ослободува. Поради тоа температурата паѓа, а ѕвездата експлодира во силна експлозија наречена супернова. Токму при ваква експлозија, или при судир на неутронски ѕвезди, се синтетизираат потешките елементи. Енергијата е толку голема што атомите, додека жестоко се судираат едни со други, заробуваат неутрони.
r-процесот создава приближно половина од изотопите потешки од железото
Овој механизам е познат како r-процес, односно процес на брзо заробување на неутрони. Станува збор за форма на нуклеосинтеза што главно се одвива при колапс на јадрото кај суперновите. Кај r-процесот, почетниот изотоп, најчесто 56Fe или друг тежок изотоп со голем број неутрони, заробува дополнителни неутрони. На r-процесот му се должи создавањето на приближно половина од изотопите на елементите потешки од железото. Затоа тој има клучно значење за хемискиот развој на галаксиите.
Две патеки водат до новородена црна дупка
Сѐ уште не е јасно дали r-процесот може да се појави и во други сценарија, но новородените црни дупки се силен кандидат. Една можност е две неутронски ѕвезди да се спојат, а нивната комбинирана маса да создаде нов објект што спаѓа во категоријата на црни дупки. Втората можност е јадрото на масивна ѕвезда да колабира и да формира црна дупка со ѕвездена маса.
Материјалот се влева во дискот како вода во сливник
И во двата случаи, новородената црна дупка е опкружена со густ и врел диск од материјал што паѓа кон неа. Во вакви екстремни услови се емитуваат изобилни количества неутрина. Затоа астрономите претпоставуваат дека r-процесот може да се одвива и таму. За да го проверат тоа, Џаст и неговите колеги извршиле бројни симулации со црни дупки со различни маси и ротации, како и со различна маса на материјалот околу нив. Во пресметките бил земен предвид и ефектот на различните параметри на неутрината.
Решавачкиот фактор е вкупната маса на дискот
На крајот, истражувачите откриле дека, доколку условите се соодветни, r-процесот може да се одвива и во овие средини. „Решавачкиот фактор е вкупната маса на дискот“, вели Џаст. „Колку што е помасивен дискот, толку почесто ќе се создаваат неутрони од протони.“ Тоа се случува преку заробување електрони при емисии на неутрина. Потоа токму овие неутрони учествуваат во синтезата на потешките елементи преку r-процесот.
Премногу масивен диск го кочи создавањето тешки елементи
Но овој процес има граница. „Сепак, доколку масата на дискот е преголема, настанува спротивна реакција – поголемо количество неутрина повторно биваат заробени од неутроните пред да го напуштат дискот. Овие неутрони повторно се претвораат во протони, што пак му пречи на r-процесот.“ Затоа златната средина за формирање тешки елементи е диск со маса меѓу 1 и 10 проценти од масата на Сонцето.
Трудот е објавен во Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
Истражувањето ја проширува сликата за тоа каде во вселената можат да се создаваат најтешките елементи. Ако моделите се потврдат, дел од златото, среброто, ториумот и ураниумот во космосот можеби не потекнува само од супернови или судири на неутронски ѕвезди, туку и од дисковите околу новородени црни дупки. Научниот труд е објавен во списанието „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“.