Астрономы десятилетиями пытались определить космическое происхождение самых тяжелых элементов, таких как золото. Теперь новое исследование, основанное на сигнале, обнаруженном в архивных данных космических полетов, может указать на потенциальную подсказку: магнетары, или сильно намагниченные нейтронные звезды.
Ученые полагают, что более легкие элементы, такие как водород и гелий, и даже небольшое количество лития, вероятно, существовали на ранней стадии после того, как 13,8 миллиарда лет назад в результате большого взрыва образовалась Вселенная, отмечает CNN.
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 остается загадкой для астрофизиков.
Ранее производство золота в космосе связывали только со столкновениями нейтронных звезд, отмечает CNN.
В 2017 году астрономы наблюдали столкновение двух нейтронных звезд. Катастрофическое столкновение вызвало рябь в пространстве-времени, известную как гравитационные волны, а также излучение гамма-всплеска. В результате столкновения, известного как килоновая волна, также образовались тяжелые элементы, такие как золото, платина и свинец. Килоновые волны сравнивают с “фабриками” по производству золота в космосе.
Считается, что большинство слияний нейтронных звезд произошло только за последние несколько миллиардов лет, поясняет соавтор исследования Эрик Бернс, доцент и астрофизик из Университета штата Луизиана в Батон-Руж.
Но ранее неразборчивые данные 20-летней давности, полученные с телескопов НАСА и Европейского космического агентства, позволяют предположить, что вспышки от магнетаров, которые образовались гораздо раньше - во времена зарождения Вселенной, — возможно, обеспечили другой способ получения золота, отмечает Бернс.
Нейтронные звезды - это остатки ядер взорвавшихся звезд, и они настолько плотные, что на Земле 1 чайная ложка звездного вещества весила бы 1 миллиард тонн. Магнетары - это чрезвычайно яркие нейтронные звезды с невероятно мощным магнитным полем, поясняет CNN.
Астрономы все еще пытаются точно определить, как образуются магнетары, но они предполагают, что первые магнетары, вероятно, появились сразу после появления первых звезд примерно через 200 миллионов лет после образования Вселенной, или около 13,6 миллиарда лет назад, рассказывает Бернс.
Иногда магнетары выбрасывают огромное количество радиации из-за “звездотрясений”. На Земле землетрясения происходят из-за того, что расплавленное ядро Земли вызывает движение в земной коре, и когда накапливается достаточное напряжение, это приводит к неустойчивым движениям или сотрясению земли у вас под ногами. "Звездотрясения похожи на это", - говорит Бернс.
Исследователи обнаружили свидетельства того, что магнетар высвобождает вещество во время гигантской вспышки, но у них не было физического объяснения выбросу массы звезды, отмечает Патель.
Согласно недавним исследованиям нескольких соавторов нового исследования, в том числе Брайана Мецгера, профессора физики Колумбийского университета и старшего научного сотрудника Института Флэтайрон в Нью-Йорке, вполне вероятно, что вспышки нагревают и выбрасывают материал земной коры на высоких скоростях.
Исследовательской группе было любопытно посмотреть, может ли быть связь между излучением от вспышек магнетаров и образованием тяжелых элементов. Ученые искали доказательства в длинах волн видимого и ультрафиолетового света. Но Бернс задался вопросом, может ли вспышка породить также заметное гамма-излучение. Он изучил данные о гамма-излучении, полученные в результате последней наблюдавшейся вспышки гигантского магнетара, которая произошла в декабре 2004 года и была зафиксирована миссией INTEGRAL, или Международной лаборатории астрофизики гамма-излучения. Астрономы обнаружили и охарактеризовали сигнал, но в то время не знали, как его интерпретировать, сказал Бернс.
Предсказание, основанное на модели, предложенной в предыдущем исследовании Мецгера, полностью совпало с сигналом, полученным в 2004 году. Гамма-излучение напоминало то, как, по предположению команды, должно было выглядеть образование и распределение тяжелых элементов при гигантской вспышке магнетара.
Данные, полученные с помощью вышедшего из эксплуатации прибора НАСА RHESSI, или Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager, и спутника Wind, также подтвердили выводы команды. По словам Бернса, этому открытию способствовали долгосрочные исследования.
Доктор Элеонора Троя, доцент Римского университета, которая руководила открытием рентгеновских лучей, испускаемых в результате столкновения нейтронной звезды в 2017 году, сказала, что доказательства образования тяжелых элементов в результате магнетарного события “никоим образом не сопоставимы с доказательствами, собранными в 2017 году”.
Доктор Троя добавляет, что магнетары - “очень беспорядочные объекты”. Учитывая, что производство золота может быть сложным процессом, требующим особых условий, вполне возможно, что магнетары могут добавлять в смесь слишком много неправильных ингредиентов, таких как избыток электронов, в результате чего получаются легкие металлы, такие как цирконий или серебро, а не золото или уран.
Исследователи полагают, что гигантские вспышки магнетаров могут быть причиной образования до 10% элементов тяжелее железа в галактике Млечный Путь, но будущая миссия может дать более точную оценку, сказал Патель.
Результаты исследования могут быть использованы в рамках программы НАСА Compton Spectrometer and Imager mission, или COSI, запуск которой ожидается в 2027 году. Широкоугольный гамма-телескоп предназначен для наблюдения за гигантскими вспышками магнетаров и выявления элементов, возникающих в их составе. По словам Пателя, телескоп мог бы помочь астрономам в поиске других потенциальных источников тяжелых элементов по всей Вселенной.
