Золото кажется нам редким и дорогим металлом, но его в наблюдаемой нами Вселенной все еще гораздо больше, чем должно быть. И ученые не знают, почему так произошло.

Подписаться на iGuides в Telegram, чтобы узнать обо всем первым — t.me/iguides

И вот в чем проблема: золото — это элемент, а это означает, что вы не можете получить его путем обычных химических реакции, хотя алхимики пытались это сделать веками. Чтобы создать этот блестящий металл, вам нужно связать вместе 79 протонов и 118 нейтронов, чтобы сформировать единое атомное ядро. Это сложная и энергоемкая реакция ядерного синтеза. Но такой интенсивный синтез не происходит достаточно часто, по крайней мере, поблизости от нас, чтобы создать все те запасы золота, который мы находим на Земле и в других местах Солнечной системы.

Новое исследование показало, что наиболее распространенный процесс производства золота — столкновения нейтронных звезд — не может объяснить его изобилие. Так откуда же взялось все это золото? Ну, этот драгоценный металл также может создаваться при взрывах сверхновых. Только вот новая работа показала, что даже такие необычные космические явления не могут объяснить все количество золота, что мы видим.

При столкновениях нейтронных звезд за короткое время выделяется огромное количество энергии, что позволяет связать несколько легких элементов в тяжелые атомные ядра, такие как золото, и затем выкинуть их в космос. Что касается обычных сверхновых, то они вообще не отвечают за золото в привычной нам Вселенной, потому что звезды, достаточно массивные, чтобы создать этот драгметалл перед смертью, во-первых, очень редки, а, во-вторых, становятся черными дырами при взрыве, объясняет Чиаки Кобаяши, астрофизик из Университета Хартфордшира в Соединенном Королевстве и автор нового исследования. Так что при взрыве обычной массивной сверхновой золото просто попадает в черную дыру и теряется для нас навсегда.

А что насчет необычных сверхновых? Да, такие действительно есть и называются магнитовращательными, и они являются «очень редким типом сверхновой, очень быстро вращающейся», — сказала Кобаяши.



Во время превращения в магнитовращательную сверхновую умирающая звезда вращается настолько быстро и подвергается воздействию таких сильных магнитных полей, что при взрыве буквально выворачивается наизнанку. При этом она запускает в космос раскаленные струи вещества. А поскольку при превращении звезды в сверхновую выделяется огромное количество энергии, то в таких струях может содержаться в том числе и только что синтезированное золото. Проблема в том, что звезды, достаточно массивные, чтобы синтезировать золото, встречаются редко. Звезды, которые синтезируют золото, а затем выбрасывают его в космос, встречаются еще реже.

Но даже нейтронные звезды вместе с магнитовращательными сверхновыми не могут объяснить изобилие золота в наблюдаемой нами Вселенной, как выяснили Кобаяши и ее коллеги. «В этой загадке есть два важных момента», — сказала она. «Момент номер один: слияния нейтронных звезд недостаточно. Момент 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 действительно вызывают «дожди из золота». Но эти исследования не учитывали редкость таких столкновений. Трудно точно оценить, как часто крошечные нейтронные звезды, которые сами являются сверхплотными остатками древних сверхновых, сталкиваются друг с другом. Но, в любом случае, едва ли такие коллизии постоянно происходят во Вселенной: ученые видели, как это происходило, лишь однажды. Кобаяши и ее коллеги обнаружили, что даже приблизительные оценки показывают, что нейтронные звезды не сталкиваются достаточно часто, чтобы произвести все золото, обнаруженное в Солнечной системе.

«Это исследование не первое, в котором предполагается, что столкновений нейтронных звезд недостаточно для объяснения изобилия золота во Вселенной», — сказал Ян Родерер, астрофизик из Мичиганского университета, который ищет следы редких элементов в далеких звездах.

Но новая статья Кобаяши и ее коллег, опубликованная в The Astrophysical Journal, имеет одно важное преимущество: она чрезвычайно тщательная, сказал Родерер. Исследователи собрали огромное количество данных и включили их в надежные модели эволюции галактик и производства в них новых химических веществ. «В новой работе есть ссылки на 341 другую публикацию, что примерно в три раза больше, чем в типичных статьях в Astrophysical Journal в наши дни», — говорит Родерер. По его словам, собрать все эти данные вместе требует «титанических усилий».


У золота много различных применений. Например, им покрывали ножки старых процессоров.

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

И в основном расчеты дали правильные результаты.

Например, при столкновении нейтронных звезд в модели Кобаяши образуется стронций. Это соответствует обнаружению стронция в космосе после одного такого столкновения, которое ученые непосредственно наблюдали. К тому же магнитовращательные сверхновые объяснили присутствие в космосе еще одного редкого тяжелого элемента — европия, который в прошлом было сложно объяснить.

Но золото остается загадкой.

Кобаяши считает, что где-то в космосе есть нечто, о чем ученые не знают, которое активно производит золото. Или, возможно, столкновения нейтронных звезд приносят больше золота, чем предполагают существующие модели. В любом случае астрофизикам предстоит проделать еще много работы, прежде чем они смогут объяснить, откуда взялся весь этот драгоценный металл для красивых побрякушек.