Учені проаналізували вміст важких елементів у сучасних зірках і знайшли нові закономірності, які поки що можна пояснити лише розпадом ще важчих елементів. З цього випливає, що стародавні зірки синтезували надзвичайно важкі елементи – набагато важчі, ніж будь-які, виявлені в земній природі.
Зірки – “фабрики” з виробництва елементів. Найважчі ядра синтезуються за так званого швидкого процесу захоплення нейтронів, або r-процесу. При цьому ядро елемента – наприклад, заліза – захоплює навколишні вільні нейтрони. Поки є достатньо вільних нейтронів, зростання “обганяє” розпад, і ядро продовжує накопичувати масу.
Учені впевнені, що саме таким чином утворилося багато ядер, важчих за залізо, і всі ядра, важчі за вісмут (атомна маса – 208,89). Проблема вивчення їхньої кількості та різноманітності у Всесвіті в тому, що вони нестабільні та розпадаються з часом.
Відповідні умови для r-процесу – величезна кількість вільних нейтронів та енергії – виникають у Всесвіті лише під час злиття, утворення і “смерті” нейтронних зірок.
“У нас є загальне уявлення про те, як протікає процес швидкого захоплення нейтронів, але умови у нього екстремальні. Ми досі не розуміємо, скільки видів подій у Всесвіті можуть запустити r-процес. Ми не знаємо, як він зупиняється. І не можемо відповісти на запитання: наприклад, скільки нейтронів можна додати? Або наскільки важким може бути такий елемент? Тому з метою знайти відповіді хоча б на деякі з цих запитань ми вирішили подивитися на вміст елементів, які можуть утворитися від ділення ядер важчих елементів, у добре вивчених старих зірках”, – розповів головний автор нового дослідження Іан Родерер (Ian Roederer), професор фізики з Університету штату Північна Кароліна (США).
Разом із колегами він відібрав 42 зірки в нашій галактиці Чумацький Шлях, у яких раніше виявили деякі з важких елементів, що формуються під час швидкого захоплення нейтронів. При цьому була важлива відсутність ознак впливу якихось інших процесів – наприклад, повільного захоплення нейтронів (s-процесу).
Учені звели воєдино дані щодо 31 важкого елемента (з атомними номерами в проміжку від 34 до 90) у їхньому складі. Автори використовували результати з 35 попередніх досліджень.
Вони виявили закономірності в розподілі деяких елементів. Вміст рутенію, родію, паладію і срібла (атомні номери Z = 44 до 47, атомна маса – від 99 до 100) корелює з вмістом важчих елементів (атомні номери Z = 63 до 78, атомна маса більше 150). При цьому у сусідніх із ними елементів такої кореляції немає. Результати дослідження опубліковані в журналі Science.
Вчені розглянули інші можливі шляхи появи цих корелюючих елементів, але, як пишуть автори, жодна з них не може пояснити такі високі значення. Натомість їх можна пояснити тим, що всі ці важкі елементи з’явилися під час розпаду ще важчих, але менш стабільних, ядер атомів, які теоретично можуть утворитися під час швидкого захоплення нейтронів.
Тобто дослідники пропонують екстраполювати на важчі елементи модель формування ядер з атомною масою понад 260 під час r-процесу. Тоді їхній подальший розпад пояснює велику кількість певних елементів у сучасних зірках. Ідеться про винятково важкі трансуранові елементи – важчі, ніж такі елементи, як плутоній та америцій. На нашій планеті в природних умовах їх немає: подібні ядра дуже нестабільні й швидко розпадаються.
На жаль, перевірити ці висновки в лабораторних умовах поки що немає можливості, оскільки у нас немає технологій для створення настільки екстремальних умов, щоб спостерігати швидкий процес захоплення нейтронів.
