Метеориты помнят условия звездных взрывов

Группа международных исследователей вернулась к формированию Солнечной системы 4,6 миллиарда лет назад, чтобы по-новому взглянуть на космическое происхождение самых тяжелых элементов периодической таблицы.


Исследование, проведенное под руководством ученых, сотрудничающих в рамках Международной исследовательской сети по ядерной астрофизике (IReNA) и Объединенного института ядерной астрофизики — Центра эволюции элементов (JINA-CEE), опубликовано в последнем выпуске журнала. журнал Наука.

Тяжелые элементы, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, такие как железо и серебро, не существовали в начале Вселенной, 13,7 миллиарда лет назад. Они были созданы во времени в результате ядерных реакций, называемых нуклеосинтезом, которые объединили атомы вместе. В частности, , золото, платина, уран, и кюрий, некоторые из самых тяжелых элементов, были созданы с помощью особого типа нуклеосинтеза, называемого процессом быстрого захвата нейтронов или r-процессом.

Вопрос о том, какие астрономические события могут производить самые тяжелые элементы, оставался загадкой на протяжении десятилетий. Сегодня считается, что r-процесс может происходить во время сильных столкновений между двумя нейтронными звездами, между нейтронной звездой и черной дырой или во время редких взрывов после смерти массивных звезд. Такие высокоэнергетические события происходят во Вселенной очень редко. Когда это происходит, нейтроны включаются в ядра атомов, а затем превращаются в протоны. Поскольку элементы в периодической таблице определяются количеством протонов в их ядрах, процесс r создает более тяжелые ядра по мере захвата большего количества нейтронов.

Некоторые из ядер, образованных в результате r-процесса, радиоактивны, и для их распада на стабильные ядра требуются миллионы лет. Йод-129 и кюрий-247 — два таких ядра, которые были образованы до образования Солнца. Они были включены в твердые тела, которые в конечном итоге упали на земную поверхность в виде метеоритов. Внутри этих метеоритов в результате радиоактивного распада образовался избыток стабильных ядер. Сегодня это превышение можно измерить в лабораториях, чтобы определить количество йода-129 и кюрия-247, которые присутствовали в Солнечной системе непосредственно перед ее образованием.

Почему эти два ядра r-процесса такие особенные? У них есть общее свойство: они распадаются почти с одинаковой скоростью. Другими словами, соотношение между йодом-129 и кюрием-247 не изменилось с момента их создания миллиарды лет назад.

«Это удивительное совпадение, особенно с учетом того, что эти ядра являются двумя из пяти радиоактивных ядер r-процесса, которые можно измерить в метеоритах», — говорит Бенуа Коте из обсерватории Конколи, руководитель исследования. «Когда соотношение йода-129 и кюрия-247 застыло во времени, как доисторическое , мы можем напрямую взглянуть на последнюю волну производства тяжелых элементов, которая сформировала состав Солнечной системы и всего в ней. «

Йод с его 53 протонами создается легче, чем кюрий с его 96 протонами. Это связано с тем, что для достижения большего числа протонов кюрия требуется больше реакций захвата нейтронов. Как следствие, соотношение йода-129 и кюрия-247 сильно зависит от количества нейтронов, которые были доступны во время их создания.

Команда рассчитала йода-129 к кюрию-247, синтезируемые столкновениями нейтронных звезд и черных дыр, чтобы найти правильный набор условий, которые воспроизводят состав метеоритов. Они пришли к выводу, что количество нейтронов, доступных во время последнего события r-процесса перед рождением Солнечной системы, не могло быть слишком большим. В противном случае было бы образовано слишком много кюрия по сравнению с йодом. Это означает, что очень богатые нейтронами источники, такие как материя, оторвавшаяся от поверхности нейтронной звезды во время столкновения, вероятно, не играли важной роли.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments