Astrofyzici tvrdia, že čierne diery môžu neúmyselne vytvárať zlato

Umelecký dojem akrečného disku čiernej diery. (Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)

Vesmír môže mať viac spôsobov kovania ťažkých prvkov, ako sme si mysleli.

Vytvorenie kovov ako zlato, striebro, tórium a urán si vyžaduje energetické podmienky, ako je výbuch supernovy alebo kolízia medzi neutrónovými hviezdami.

Nový dokument však ukazuje, že tieto prvky by sa mohli vytvoriť vo vírivom chaose, ktorý zvoní aktívnemu novorodencovi čierna diera keď pohltí prach a plyn z priestoru okolo seba.



V týchto extrémnych prostrediach je vysoká miera emisií neutrína by mala uľahčiť konverziu protónov na neutróny, čo vedie k ich prebytku, ktorý je potrebný pre proces, ktorý produkuje ťažké prvky.

„V našej štúdii sme po prvýkrát systematicky skúmali miery konverzie neutrónov a protónov pre veľký počet konfigurácií diskov pomocou prepracovaných počítačových simulácií a zistili sme, že disky sú veľmi bohaté na neutróny, pokiaľ sú splnené určité podmienky. stretol,' povedal astrofyzik Oliver Just z GSI Helmholtz centra pre výskum ťažkých iónov v Nemecku.

Na začiatku, po Veľký tresk , neplávalo tam veľa prvkov. Kým sa nezrodili hviezdy a nezačali rozbíjať atómové jadrá vo svojich jadrách, bol vesmír zmesou prevažne vodíka a hélia.

Hviezdny jadrovej fúzie naplnili vesmír ťažšími prvkami, od uhlíka až po železo pre najhmotnejšie hviezdy, zasiate vesmírom, keď hviezda zomrie.

Ale železo je miesto, kde jadrová fúzia naráža na problém. Teplo a energia potrebná na výrobu železa prostredníctvom fúzie prevyšuje energiu, ktorú tento proces generuje, čo spôsobuje pokles teploty jadra, čo má za následok smrť hviezdy vo veľkolepom kaboome – supernove.

Je to ten veľkolepý kaboom (akaboomy zrážajúcich sa neutrónových hviezd), kde sú ťažšie prvky spojené. Výbuchy sú také energické, že atómy, ktoré sa zrážajú spolu so silou, môžu navzájom zachytiť neutróny.

Toto sa nazýva proces rýchleho zachytávania neutrónov alebo r-proces; musí to prebehnúť naozaj rýchlo, aby rádioaktívny rozpad nestihol nastať skôr, ako sa do jadra pridajú ďalšie neutróny.

Nie je jasné, či existujú aj iné scenáre, v ktorých sa môže r-proces uskutočniť, okrem novorodencov čierne diery sú perspektívnym kandidátom. Konkrétne, keď sa dve neutrónové hviezdy spoja a ich kombinovaná hmotnosť je dostatočná na to, aby sa novovzniknutý objekt dostal do kategórie čiernych dier.

Ďalšou možnosťou sú kolapsary: ​​gravitačný kolaps jadra masívnej hviezdy do čiernej diery s hviezdnou hmotnosťou.

V oboch prípadoch sa predpokladá, že detská čierna diera je obklopená hustým, horúcim prstencom materiálu, ktorý víri okolo čiernej diery a napája sa do nej, ako voda do odtoku. V týchto prostrediach sú neutrína emitované v hojnosti a astronómovia dlho predpokladali, že v dôsledku toho by mohla prebiehať nukleosyntéza r-záchytu.

Just a jeho kolegovia vykonali rozsiahly súbor simulácií, aby zistili, či je to skutočne tak. Menili hmotnosť a rotáciu čiernej diery a hmotnosť materiálu okolo nej, ako aj vplyv rôznych parametrov na neutrína. Zistili, že ak sú podmienky správne, nukleosyntéza r-procesu môže prebiehať v týchto prostrediach.

'Rozhodujúcim faktorom je celková hmotnosť disku,' Práve povedal .

„Čím je disk masívnejší, tým častejšie sa neutróny vytvárajú z protónov zachytávaním elektrónov pri emisii neutrín a sú k dispozícii na syntézu ťažkých prvkov pomocou r-procesu.

Ak je však hmotnosť disku príliš vysoká, inverzná reakcia hrá zvýšenú úlohu, takže neutróny zachytia viac neutrónov skôr, ako opustia disk. Tieto neutróny sa potom konvertujú späť na protóny, čo bráni r-procesu.'

Toto sladké miesto, v ktorom sa najplodnejšie vyrábajú ťažké prvky, má hmotnosť disku medzi 1 a 10 percentami hmotnosti Slnka. To znamená, že neutrónová hviezda fúzie s diskovými hmotnosťami v tomto rozsahu by mohli byť továrne na ťažké prvky. Keďže nie je známe, aké bežné sú kolapsarové disky, porota stále hľadá kolapsary, uviedli vedci.

Ďalším krokom bude určenie, ako možno svetlo vyžarované zrážkou neutrónovej hviezdy použiť na výpočet hmotnosti jej akrečného disku.

„Tieto údaje sú v súčasnosti nedostatočné. Ale s ďalšou generáciou urýchľovačov, ako je zariadenie na výskum antiprotónov a iónov (FAIR), ich bude v budúcnosti možné merať s bezprecedentnou presnosťou,“ povedal astrofyzik Andreas Bauswein z centra GSI Helmholtz pre výskum ťažkých iónov.

'Dobre koordinovaná súhra teoretických modelov, experimentov a astronomických pozorovaní umožní nám výskumníkom v nadchádzajúcich rokoch testovať zlúčenie neutrónových hviezd ako pôvod prvkov r-procesu.'

Výskum bol publikovaný v Mesačné oznámenia Kráľovskej astronomickej spoločnosti .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.