Ученые утверждают, что нашли в космосе ещё один источник золота

На протяжении десятилетий астрономы пытались определить космическое происхождение самых тяжёлых элементов, таких как золото. Теперь новое исследование, основанное на сигнале, обнаруженном в архивных данных космических миссий, может указать на потенциальную подсказку: магнитары или сильно намагниченные нейтронные звёзды.

Ученые считают, что более легкие элементы, такие как водород и гелий и даже небольшое количество лития, вероятно, существовали на ранних этапах после Большого взрыва, создавшего Вселенную 13,8 миллиарда лет назад.

Затем взрывающиеся звезды высвободили более тяжелые элементы, такие как железо, которые вошли в состав новорожденных звезд и планет. Но распределение золота, которое тяжелее железа, по всей Вселенной оставалось загадкой для астрофизиков.

«Это довольно фундаментальный вопрос с точки зрения происхождения сложной материи во Вселенной, — сказал Анируд Патель, ведущий автор исследования, опубликованного во вторник в The Astrophysical Journal Letters и аспирант-физик в Колумбийском университете в Нью-Йорке. — Это забавная головоломка, которая до сих пор не решена».

Ранее космическое производство золота связывали только со столкновениями нейтронных звёзд.

В 2017 году астрономы наблюдали столкновение двух нейтронных звёзд. Это катастрофическое столкновение вызвало колебания в пространстве-времени, известные как гравитационные волны, а также вспышку гамма-излучения. Событие столкновения, известное как килонская сверхновая, также создало тяжёлые элементы, такие как золото, платина и свинец. Килонские сверхновые сравнивают с космическими «фабриками» по производству золота.

Считается, что большинство слияний нейтронных звёзд произошло только в последние несколько миллиардов лет, — сказал соавтор исследования Эрик Бёрнс, доцент и астрофизик из Университета штата Луизиана в Батон-Руж.

Но ранее не поддававшиеся расшифровке данные за 20 лет, полученные с помощью телескопов НАСА и Европейского космического агентства, позволяют предположить, что вспышки магнетаров, сформировавшихся гораздо раньше — в период зарождения Вселенной, — могли стать ещё одним способом создания золота, сказал Бёрнс.

Звёздотрясения

Нейтронные звёзды — это остатки ядер взорвавшихся звёзд и они настолько плотные, что 1 чайная ложка вещества, из которого состоит звезда, на Земле весила бы 1 миллиард тонн. Магнетары — это чрезвычайно яркие нейтронные звёзды с невероятно мощным магнитным полем.

Астрономы всё ещё пытаются понять, как именно формируются магнетары, но они предполагают, что первые магнетары, вероятно, появились сразу после первых звёзд, примерно через 200 миллионов лет после начала Вселенной, или около 13,6 миллиарда лет назад, сказал Бёрнс.

Иногда магнитары выбрасывают огромное количество радиации из-за звёздотрясений.

На Земле землетрясения происходят из-за того, что расплавленное ядро Земли вызывает движение в земной коре, и когда накапливается достаточное напряжение, это приводит к неустойчивому движению или дрожи земли под вашими ногами.

«Звёздотрясения происходят по похожим причинам», — сказал Бернс.

“У нейтронных звезд есть кора и сверхтекучее ядро”, — сказал Бернс в электронном письме. “Движение под поверхностью создает напряжение на поверхности, которое в конечном итоге может вызвать звездотрясение. На магнетарах эти звездотрясения вызывают очень короткие вспышки рентгеновского излучения.

Точно так же, как и на Земле, у вас (есть) периоды, когда данная звезда особенно активна, производя сотни или тысячи вспышек за несколько недель. И точно так же время от времени происходят особенно мощные звездотрясения”.

По словам Пателя, исследователи нашли доказательства того, что магнетар выбрасывает вещество во время гигантской вспышки, но у них не было физического объяснения выброса массы звезды.

Согласно недавнему исследованию, проведённому несколькими соавторами новой работы, в том числе советником Пателя Брайаном Мецгером, профессором физики в Колумбийском университете и старшим научным сотрудником Института Флэтайрон в Нью-Йорке, вспышки нагревают и выбрасывают материал коры на высоких скоростях.

«Они предположили, что физические условия этого взрывного выброса массы были благоприятными для образования тяжёлых элементов», — сказал Патель.

На этой иллюстрации художника изображена магнетар, выбрасывающий вещество в космос. Линии магнитного поля, показанные зелёным цветом, влияют на движение заряженного вещества вокруг магнетара.

Отслеживание звездного сигнала

Исследовательской группе было любопытно выяснить, может ли существовать связь между излучением от вспышек магнетаров и образованием тяжёлых элементов. Учёные искали доказательства в видимом и ультрафиолетовом спектре. Но Бёрнс задался вопросом, может ли вспышка также создавать отслеживаемые гамма-лучи.

Он изучил данные о гамма-излучении, полученные во время последней наблюдаемой вспышки гигантского магнетара, которая произошла в декабре 2004 года и была зафиксирована ныне свёрнутой миссией INTEGRAL или Международной лабораторией гамма-астрофизики. По словам Бёрнса, астрономы обнаружили и охарактеризовали сигнал, но в то время не знали, как его интерпретировать.

Прогноз, основанный на модели, предложенной предыдущим исследованием Мецгера, точно соответствовал сигналу из данных 2004 года. Гамма-излучение напоминало то, как, по предположению команды, должно было выглядеть создание и распределение тяжелых элементов при гигантской магнитарной вспышке.

Данные, полученные вышедшим на пенсию аппаратом НАСА RHESSI или высокоэнергетическим солнечным спектроскопическим тепловизором Реувена Рамати и спутником Wind также подтвердили выводы команды. По словам Бернса, это открытие было сделано благодаря долгосрочным исследованиям, финансируемым из федерального бюджета.

«Когда мы впервые создали нашу модель и сделали прогнозы в декабре 2024 года, никто из нас не знал, что сигнал уже был в данных. И никто из нас не мог себе представить, что наши теоретические модели так хорошо согласуются с данными. Это был довольно захватывающий праздничный сезон для всех нас, — сказал Патель. — Очень интересно думать о том, что некоторые вещи в моём телефоне или ноутбуке были выкованы в результате этого экстремального взрыва (на протяжении) всей истории нашей галактики».

Доктор Элеонора Троя, адъюнкт-профессор Римского университета, которая руководила открытием рентгеновских лучей, испускаемых при столкновении нейтронной звезды в 2017 году, сказала, что доказательства образования тяжелых элементов в результате магнитарного события “никоим образом не сопоставимы с доказательствами, собранными в 2017 году”.

Троя не принимала участия в новом исследовании.

«Производство золота из этого магнетара является одним из возможных объяснений его гамма-излучения, наряду со многими другими, как честно говорится в конце статьи», — сказала Троя и добавила, что магнетары — «очень нестабильные объекты».

Учитывая, что производство золота может быть сложным процессом, требующим особых условий, возможно, что магнетары могут добавлять в смесь слишком много ненужных ингредиентов, например избыток электронов, в результате чего получаются лёгкие металлы, такие как цирконий или серебро, а не золото или уран.

«Поэтому я бы не стаал утверждать, что был обнаружен новый источник золота, — сказала Троя. — Скорее, было выдвинуто предположение об альтернативном способе его получения».

Исследователи считают, что гигантские вспышки магнетаров могут быть причиной образования до 10% элементов тяжелее железа в галактике Млечный Путь, но более точную оценку можно будет получить в ходе будущей миссии, сказал Патель.

Миссия NASA Compton Spectrometer and Imager mission, или COSI, запуск которой ожидается в 2027 году, могла бы продолжить эти исследования.

Широкополосный гамма-телескоп предназначен для наблюдения за гигантскими вспышками магнетаров и идентификации элементов, образующихся в них. По словам Пателя, телескоп может помочь астрономам в поиске других потенциальных источников тяжелых элементов по всей Вселенной.

Больше интересных статей, которые я не успеваю переводить, но которые можно почитать через онлайн-переводчики, можно найти здесь: t.me/murrrzio

murrrzio

You can view and join @murrrzio right away.