Нейтронные звезды не годятся на роль производителей тяжелых элементов

Физики вплотную подошли к разгадке одной из самых запутанных тайн Вселенной - о том, откуда и каким образом здесь рождаются тяжелые элементы.

Известно, что все элементы легче железа образуются в ходе термоядерных реакций, которые протекают в звездных недрах. Однако для образования всего, что тяжелее железа – свинца, золота, платины, цинка и пр., - температуры и давление там слишком низки. Есть версия о том, что эти элементы образуются при взрыве сверхновых. Однако компьютерное моделирование происходящих в этот момент процессов показывает, что и там они вряд ли могут образоваться – не хватает нейтронов.

Есть еще один кандидат в родильные дома тяжелых элементов – нейтронные звезды. Строго говоря, это не звезды вообще, а останки уже умерших звезд, то, во что их превратил гравитационный коллапс за считанные секунды. Считается, что нейтронные  звезды образуются в ходе взрыва сверхновых. Это плотно упакованные и сильно разогретые шары диаметром около двадцати километров, состоящие из электронов, протонов и нейтронов, общая масса которых превышает солнечную примерно в полтора-три раза. Температура на их поверхности достигает десятков миллионов градусов, магнитные поля – триллионов гауссов, и нейтроны здесь должны быть в избытке, поскольку в таких условиях в них превращаются протоны, захватившие электрон.

Считается, что на поверхности нейтронных звезд постоянно образуются тяжелые ядра самых экзотических конфигураций. Они очень нестабильны и быстро распадаются на более долгоживущие элементы.

Сама нейтронная звезда, которая не стала черной дырой только потому, что ей не хватило массы, по доброй воле ни за что не расстанется ни с одной из своих частиц. Такое может произойти только при ее столкновении с другой нейтронной звездой – тогда часть ее вещества, в основном из внешней коры, будет выброшена в пространство. Но что это будут за элементы, и каков вообще химический состав внешней коры нейтронной звезды, остается неизвестным. Исследователям только и остается, что строить умозрительные модели, а потом рассчитывать изотопный состав путем компьютерного моделирования. И таких моделей множество.

В январском номере журнала Physical Review Letters появилось сообщение международной группы физиков во главе с Робертом Вольфом из Университета Грайфсвальда (Германия), которые решили проверить эти модели на состоятельность. Их в первую очередь интересовал изотоп цинка, цинк-82, имеющий в ядре 30 протонов и 52 нейтрона, то есть на 18 нейтронов больше, чем находится в классическом ядре этого элемента. Согласно некоторым моделям, этот изотоп должен образовываться в коре нейтронных звезд. Для того, чтобы понять вероятность образования там цинка-82, физикам необходимо было экспериментально определить его массу. В этом им помог изотопный сепаратор масс On-Line Isotope Mass Separator, находящийся в ЦЕРНе (Швейцария).

В этом сепараторе пучок протонов высоких энергий направляется на мишень из карбида урана. Протоны разбивают ядра мишени, образуя большое количество самых разнообразных изотопов, в том числе и цинка-82. Тот распадается за считанные доли секунды, но и этого времени хватило, чтобы установить его массу и, соответственно, вычислить вероятность его образования в коре нейтронной звезды. Оказалось, что образование цинка-82 в нейтронных звездах маловероятно.

Само по себе это открытие большим откровением не стало. Наиболее популярная модель, описывающая то, что происходит на нейтронной звезде, обходится без цинка-82. Фактически физики отсекли несколько и без того маловероятных моделей. Но с помощью этого метода физики надеются разобраться с изотопным составом нейтронных звезд и понять, родиной каких тяжелых элементов они являются.

Обсудите с коллегами

09.12

Ловушка для триона

09.12

В Руанде началась вакцинация от лихорадки Эбола

09.12

На севере Франции найдена палеолитическая Венера

09.12

Неизвестный американец пожертвовал на благотворительность золотую монету неизвестного царя

08.12

На что похоже будущее?

07.12

Африканская книга

А.О. Шмидт: новый взгляд на образование твердых планет А.О. Шмидт: новый взгляд на образование твердых планет Фабрика сверхтяжелых элементов Фабрика сверхтяжелых элементов
А.О. Шмидт: новый взгляд на образование твердых планет