Во вселенной слишком много золота. Но никто не знает, откуда оно берется

Что-то проливает золото по всей вселенной. Но никто не знает, что это.


На иллюстрации показано столкновение двух нейтронных звезд. Ученые предположили, что такие столкновения заполняют нашу солнечную систему золотом, но новые исследования ставят под сомнение это утверждение.

Что-то идет золотым дождем по вселенной. Что же это такое?

Вот в чем проблема: золото — это элемент, а это значит, что вы не можете пройти через обычные химические реакции, хотя алхимики пытались это сделать веками. Чтобы сделать блестящий металл, вам нужно связать 79 протонов и 118 нейтронов вместе, чтобы сформировать единое атомное ядро. Это интенсивная реакция ядерного синтеза. Но такой интенсивный синтез не происходит достаточно часто, по крайней мере, поблизости, чтобы создать гигантский клад золота, который мы находим на Земле и в других местах Солнечной системы. Новое исследование показало, что наиболее распространенное происхождение золота — столкновения нейтронных звезд — тоже не может объяснить его изобилие. Так откуда же золото? Есть и другие возможности, в том числе сверхновые, настолько мощные, что выворачивают звезду наизнанку. К сожалению, новое исследование показало, что даже такие странные явления не могут объяснить, насколько запутана локальная вселенная.

Столкновения нейтронных звезд создают золото, на короткое время сталкивая протоны и нейтроны в атомные ядра, а затем извергая эти недавно связанные тяжелые ядра в космос. Обычные сверхновые не могут объяснить наличие золота во Вселенной, потому что звезды, достаточно массивные, чтобы сплавить золото перед смертью — что бывает редко — становятся черными дырами при взрыве, — сказал Чиаки Кобаяши, астрофизик из Университета Хартфордшира в Соединенном Королевстве. автор нового исследования. А в обычной сверхновой это золото всасывается в черную дыру.

Так что насчет этих странных, звездных сверхновых? Этот тип взрыва звезды, так называемая магнитовращательная сверхновая, является «очень редкой сверхновой, очень быстро вращающейся», — сказал Кобаяши Live Science.

Во время магнитовращательной сверхновой умирающая звезда вращается так быстро и разрушается такими сильными магнитными полями, что при взрыве поворачивается наизнанку. Умирая, звезда запускает в космос раскаленные добела струи вещества. А поскольку звезда вывернута наизнанку, ее струи забиты ядрами золота. Звезды, которые вообще сплавляют золото, встречаются редко. Звезды, которые сплавляют золото, а затем выбрасывают его в космос, встречаются еще реже.

Но даже нейтронные звезды плюс магнитовращающиеся сверхновые звезды вместе не могут объяснить золотое богатство Земли, как выяснили Кобаяши и ее коллеги.

«В этом вопросе есть два этапа», — сказала она. «Номер один: слияния нейтронных звезд недостаточно. Номер два: даже со вторым источником мы все еще не можем объяснить наблюдаемое количество золота».

По ее словам, прошлые исследования показали, что столкновения нейтронных звезд вызывают золотой дождь. Но эти исследования не учитывали редкость этих столкновений. Трудно точно оценить, как часто крошечные нейтронные звезды — сами по себе сверхплотные остатки древних сверхновых — сталкиваются друг с другом. Но это, конечно, не очень распространено: ученые видели, как это происходило только однажды. Кобаяши и ее соавторы обнаружили, что даже приблизительные оценки показывают, что они не сталкиваются достаточно часто, чтобы произвести все золото, обнаруженное в Солнечной системе.

«В этом вопросе есть два этапа», — сказала она. «Номер один: слияния нейтронных звезд недостаточно. Номер два: даже со вторым источником мы все еще не можем объяснить наблюдаемое количество золота».

По ее словам, прошлые исследования подтвердили, что столкновения нейтронных звезд вызывают золотой дождь. Но эти исследования не учитывали редкость этих столкновений. Трудно точно оценить, как часто крошечные нейтронные звезды — сами по себе сверхплотные остатки древних сверхновых — сталкиваются друг с другом. Но это, конечно, не очень распространено: ученые видели, как это происходило только однажды. Кобаяши и ее соавторы обнаружили, что даже приблизительные оценки показывают, что они не сталкиваются достаточно часто, чтобы произвести все золото, обнаруженное в Солнечной системе.

«Эта статья не первая, в которой предполагается, что столкновений нейтронных звезд недостаточно для объяснения изобилия золота», — сказал Ян Родерер, астрофизик из Мичиганского университета, который ищет следы редких элементов в далеких звездах.

Но новая статья Кобаяши и ее коллег, опубликованная 15 сентября в The Astrophysical Journal, имеет одно большое преимущество: она чрезвычайно тщательная, — сказал Родерер.
Они накапали массу данных и включили их в надежные модели эволюции галактики и производства новых химикатов.

«В документе есть ссылки на 341 другую публикацию, что примерно в три раза больше, чем в типичных статьях в Astrophysical Journal в наши дни», — сказал Родерер Live Science.

По его словам, собрать все эти данные вместе полезным способом — это «титанические усилия».

Используя этот подход, авторы смогли объяснить образование атомов, таких легких, как углерод-12 (шесть протонов и шесть нейтронов), и таких тяжелых, как уран-238 (92 протона и 146 нейтронов). По словам Родерера, это впечатляющий диапазон, охватывающий элементы, которые обычно игнорируются в подобных исследованиях.

В основном математика получилась.

Например, в их модели при столкновении нейтронных звезд образовывался стронций. Это соответствует наблюдениям стронция в космосе после того, как ученые непосредственно наблюдали столкновение одной нейтронной звезды.

Магнитовращательные сверхновые звезды действительно объяснили присутствие европия в своей модели, еще одного атома, который в прошлом было сложно объяснить.

Но золото остается загадкой.

По словам Кобаяши, что-то там, о чем ученые не знают, должно быть, добывает золото. Или, возможно, столкновения нейтронных звезд приносят больше золота, чем предполагают существующие модели. В любом случае астрофизикам предстоит еще много работы, прежде чем они смогут объяснить, откуда взялись все эти причудливые украшения.