Мы до сих пор не до конца разобрались в космических истоках появления химических элементов тяжелее железа. Одно такое “место рождения” обнаружилось в 2017 году. В столкновении двух нейтронных звезд образовались золото, платина и другие тяжелые элементы. Через пару лет астрономы засекли еще одно такое “плодотворное” столкновение  -  нейтронной звезды и черной дыры. И тогда оформился вопрос: какие космические столкновения порождают больше всего разнообразных элементов? Теперь у ученых есть ответ: в столкновениях нейтронных звезд. Научная статья о результатах исследования была опубликована в Astrophysical Journal Letters.

Нейтронная звезда  -  это то, что остаётся от некоторых звезд (массой от 8 солнечных) после их смерти. Это огромный жидкий шар из нейтронов и других частиц, окруженный твердой оболочкой. Пары бинарных звезд образуются из пар обычных звезд с массами, подходящими для образования нейтронных звезд. Они могут долго еще продолжать кружить вокруг друг друга, но в итоге столкнутся.

Тяжелые элементы при этом формируются не в самом столкновении, а в разлетевшемся в пространстве материале нейтронной звезды в ходе ряда ядерных реакций, которые называют r-процессом (r-process) (https://agilie.com/en/services/web-and-mobile-marketplace-development).


R-процесс, или быстрый процесс захвата нейтронов  -  это цепочка реакций, в ходе которой атомное ядро “шагает” по периодической таблице, захватывая новые нейтроны и распадаясь. Очевидно, что такой процесс может идти лишь в насыщенной нейтронами среде.

Сколько же материи вылетает при столкновениях нейтронных звезд?

Логично предположить, что в случае столкновения нейтронной звезды с черной дырой, дыра должна быть относительно маленькая, иначе она “засосёт” всю нейтронную звезду, и никакая материя не вырвется в окружающий космос.

Очевидно, объем материи зависит и от других факторов. В частности, массы, скорости вращения сталкивающихся объектов и уравнения состояния нейтронной звезды (wiki), которое пока что достоверно неизвестно, но есть новейшие расчеты.

Используя новейшие компьютерные модели выбросов материи во время таких столкновений и последние данные по гравитационным волнам от столкновений нейтронных и дыр, ученые из МТИ (MIT) “поигрались” с перечисленными выше факторами, чтобы определить, какие столкновения и при каких условиях дают больше всего материи.

Моделирование показало, что в большинстве случаев столкновение нейтронной и дыры даёт как минимум в два раза меньше материи, чем столкновение двух нейтронных, а обычно гораздо меньше. В одном случае оно даже дало в сто раз меньше материи.

Тяжелые элементы могут образовываться и при взрывах сверхновых. Но в рамках этого исследования ученые сравнивали лишь столкновения нейтронных со столкновениями нейтронных звезд и черных дыр, так что пока что нельзя утверждать, что столкновения нейтронных дают больше тяжелых элементов, чем какие-либо другие космические события. Хотя, вероятно, так и есть.Источник: "Наука от Фансаенс"