«Мы все сделаны из звездной пыли!» – слышали когда-нибудь такое? Это не просто красивое словечко, это научно доказанный факт. Каждый атом в вашем теле, в вашем доме, на вашей улице, в вашем городе был рожден когда-то умирающей звездой. Или вспышкой сверхновой. Или…
Но давайте все по порядку.
Сразу после Большого взрыва состав Вселенной был невероятно скудный и включал в себя три простых элемента: водород, гелий и немного лития. Этого было достаточно для создания первых звезд, но недостаточно для создания планет. Поэтому первые звезды были одинокими и безпланетными.
Но звезды — это не просто светила, разгоняющие мрак космоса, это еще и фабрики. Фабрики по производству других элементов – углерода, азота, кислорода… железа. Железо, к слову, последнее, что успевают создать звезды прежде, чем их жизненный цикл закончится.
Так откуда взялись все эти – золото, платина, уран и т. д.? Долгое время считалось, что они образуются при вспышках сверхновых (например, сверхновая SN 1987A произвела массу титана, равную 10 массам нашей планеты).
Однако наблюдения внесли изменения в эту теорию: сверхновые, конечно, могут многое объяснить, но наличие золота и платины объяснить никак не могут (тут предсказания не совпадают с наблюдениями). И тогда ученые сделали еще одно предположение: либо в космосе есть что-то еще, что производит все эти элементы и в больших количествах, либо все наши прогнозы ложные.
И, к счастью, для них, первый вариант оказался рабочим.
Как нейтронные звезды создают из железа золото?
Нейтронная звезда состоит из двух слоев (если упрощенно) – верхнего слоя плотно упакованных ядер железа и внутреннего слоя (ядра), состоящего из нейтронов. Звезда имеет малый размер и удерживается в компактной форме огромной гравитационной силой.
А теперь представьте, как два таких тела сталкиваются в космическом пространстве на огромной скорости. И хотя гравитационные объятия обоих тел неимоверно сильны, часть вещества неизбежно вырвется наружу в момент столкновения.
Эти два тела сливаются в новую, более массивную, нейтронную звезду (а в случае с GW170817 – в компактную черную дыру), окруженную облаком очень горячего газа, состоящего из ядер железа, электронов и свободных нейтронов. Ядра железа быстро начинают захватывать свободные нейтроны, набирая массу. Они нестабильны и в конечном итоге подвергаются бета-распаду, приводящему к созданию более тяжелых элементов, таких как — уран, золото и прочее.
Этот так называемый r-процесс продолжается до тех пор, пока все свободные нейтроны в газовом облаке не будут либо захвачены, либо развалены. В конечном итоге появляется смесь различных тяжелых ядер, точный состав которых зависит от внешних условий (температуры, плотности, скорости расширения и т. д.).
Следует помнить, что нейтронные звезды очень тяжелые. В GW170817 сумма масс сталкивающихся звезд составила почти 3 солнечных массы — это в миллион раз больше массы Земли. Так что, несколько процентов от этой массы, вылетающие в космос в результате столкновения, это все равно очень много по земным меркам.
Огромное количество золота и платины производится за счет таких столкновений. Это доказано наблюдениями. Тяжелые элементы выбрасываются с колоссальной силой (немногим медленнее, чем при вспышке сверхновой) и распространяются по всему космосу.
Выброс таких элементов в прошлом и обогатил газ и пыль из которых образовалась Солнечная система, что привело к появлению того изобилия, которое мы наблюдаем сегодня.
Подумайте об этом в следующий раз, когда будете надевать золотой перстень на палец. Этот материал, который вы надеваете, был когда-то частью далекой, древней нейтронной звезды, а теперь он у вас на пальце… Ну разве это не круто?
