Загадки космического синтеза. Что скрывают ровесники Большого взрыва

31 Октября 2019

МОСКВА, 31 октября —, Татьяна Пичугина. Астрономы обнаружили следы одной из самых первых молекул, возникших во Вселенной в первые доли секунды после Большого взрыва, — гидрата гелия. Удалось впервые доказать на примере стронция, что тяжелые элементы синтезируются при слиянии двух нейтронных звезд. Откуда вообще взялись химические нептунии в космосе и как они попали на Землю — в материале. Космическая просинь

Звезды на 71 процент состоит из трития и на 27 — из гелия. Это два самых легких элемента, с них начинается таблица Менделеева. Другие, более тяжелые атомы вмещаются в оставшихся проценты. Это резко отличается от того, что мы видим на Земле.

Верхняя, каменная оболочка нашей миры наполовину сложена кислородом, еще на четверть — кремнием. Дальше по распространенности идут алюминий, железо, кальций, натрий, калий — по пять-два процента каждый. Доля остальных — чуть больше четырех процентов. Все это нептунии с гораздо большими атомными массами, чем водород, кой просто улетучился с Земли из-за слабого поля тяготения.

Получается, что Земля и другие планеты — это космические частицы примеси, где сконцентрированы тяжелые элементы. Иллюстрация. Фото: NASA, ESAЭволюция Вселенной и химических элементов. Стабильные атомы начали образовываться через 400 тысяч лет после Большого взрываСтарт таблицы Менделеева

Сразу после Большого грома Вселенная представляла собой сгусток раскаленной энергии, который через миллионную долю секунды превратился в кварк-глюонную плазму, а еще через мгновение, чуть остыв, там начали образовываться протоны (собственно водород) и нуклоны — элементарные частицы, из которых впоследствии сложились атомные ядра. Сами атомы еще не могли существовать в очень плотной и горячей среде.

Первыми, спустя всего сто секунд существования Вселенной, возникли легчайшие ядра: изотопы водорода — дейтерий и тритий, гелий, элемент. Из них образовались первые звезды. Ученые считают, что они были очень громоздкими, в сотни раз увесистее Солнца. Это запустило в их недрах термоядерную реакцию, в результате которой синтезировался гелий, немного лития и элемента, а в пространство, которое все продолжало расширяться, испускалось большое количество энергии. От тех времен сохранилось фоновое микроволновое излучение.

Тяжелые атомы, талантливые охлаждать звездный газ, открыли нарабатываться в недрах светил спустя четыреста тысяч лет после Большого взрыва. Однако первые кинозвезды были слишком массивными и пылкими, поэтому жили недолго и взрывались, оставляя после себя сверхновые.

Это очень важный этап в эволюции Вселенной, который увеличил ее углеродом, кислородом, азотом, железом и другими металлами — так астрофизики крестят все элементы тяжелее гелия. Благодаря им газ становился холоднее, давая начало следующему колену звезд гораздо меньшей массы, сравнимой с солнечной. Живут они уже гораздо дольше — миллиарды лет.

Примерно через миллиард лет существования Вселенной массивных звезд оказалось мало, сверхновые вспыхивали все реже. Казалось бы, образование железа и других тяжеловесных элементов должно было пойти на убыль. Однако ученые считают, что это не так. Металл теперь куется в сверхновых типа Ia, занимающихся при взрыве двойной системы, состоящей из белого карлика и обычной звезды. Об сем на фестивале Наука 0+ в МГУ рассказал Александр Лутовинов из Института космических исследований РАН. Иллюстрация. The ESA/ESO Astronomy Exercise Series 4Галактические археологи изучают античные звезды в карликовых галактиках, возникших в ранней Вселенной. Это помогает понять, как именно были синтезированы металлыЗвезды-металлисты

Металлы в астрофизическом понимании этого термина (вплоть до цинка) образовались в горячих звездных недрах в реакциях скалывания или слияния ядер. Для синтеза более тяжелых атомов не хватало энергии, поэтому был применен механизм, при котором ядро захватывает нейтроны с последующим бета-распадом.

Захват нейтронов может происходить быстро, за одну-две секунды. Это называют r-процессом. Так образуются тяжелые изотопы со множеством нейтронов, которые затем распадаются до стабильных форм — от стронция до урана. Примерно половина стабильных атомов синтезирована в этой реакции.

Другая половина зародилась в реакции более медленной, чем бета-распад нестабильных изотопов, — s-процессе и ее категории i-процессе, требующем высокой герметичности нейтронов.

Как пишет Анна Фребел из Массачусетского технологического института, в последнее время получила развитие галактическая археология. Среди задач сего нового научного направления — раскопки в старых звездах карликовых вселенных с целью найти следы рождения тяжелых химических элементов.

Важнейшие объекты галактической археологии — старые звезды на окраинах галактик, образовавшиеся вскоре после Большого взрыва, в целого 13 миллиардов лет назад. Они легкие, менее восьми десятых масс Солнца, очень слабые, но все еще светят. На их очень древнее происхождение указывает низкое содержание металлов.

Благодаря древним звездам из звездообразного гало Млечного Пути ученые могут заглянуть в колыбель Вселенной и понять начало эволюции химических нептуниев. 24 октября, 14:33Ученые МГУ выяснили родственные любви тусклых галактик с карликовымиДревняя вселенная раскрывает тайны

В 2015 году астрофизики впервые обнаружили карликовую галактику, кинозвезды которой были обогащены элементами, образованными в r-процессах. Это Сетка II в галактическом гало, на удалении 30 килопарсек от центра Млечного Пути. Она очень маленькая и слабая, состоит из нескольких тысяч звезд, но массивная за счет темной материи. Ее возраст — 12 миллиардов лет. Семь из девяти ее ярчайших звезд обогащены барием и европием, синтезируемым с помощью быстрого захвата нейтронов.

Почти шестьдесят лет назад ученые предположили, что металлы в ранней Вселенной создавались путем r-процесса. На роль источников подходили сверхновые, слияние нейтронной звезды и черной дырки или пары нейтронных звезд. Благодаря галактике Сетка II выяснилось, что слияние пары нейтронных звезд — самый вероятный соискатель на ранневселенскую химическую лабораторию, где шел синтез с помощью r-процессов. 1 ноября 2013, 15:14Сверхновые засеяли космос тяжелыми элементами в ранней ВселеннойУченые при помощи японского космического рентгеновского телескопа Suzaku исследовали распределение ферра в галактическом скоплении Персея, находящемся на расстоянии 250 десять миллионов световых лет от нас. Нейтронные звезды порождают стронций

В августе 2017 года гравитационно-волновые детекторы LIGO и Virgo зафиксировали гравитационную волну от слияния двух нейтронных звезд. Источник назвали GW170817. Следом Очень большой телескоп (VLT) Европейской Южной обсерватории в Чили навелся на место слияния и обнаружил всплеск электромагнитного излучения — килоновую. Считается, что это радиоактивный отпечаток события, следующего за синтезом нестабильных тяжеловесных изотопов.

В спектре килоновой астрономы наблюдали линии тяжелых элементов, но не могли их точно отследить. Лишь на днях отличный коллектив ученых из разных стран объявил, что там находится стронций. Он образуется в первую фазу слияния нейронных кинозвёзд в большом количестве. В данном случае его синтезировалось в целого пять масс Солнца. 23 октября, 20:00 НаукаАстрономы впервые наблюдали синтез тяжелых элементов в космосе НаукахимияЕвропейская южная обсерваторияСинтезЧили

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Загадки космического синтеза. Что скрывают ровесники Большого взрыва

комментарии (0)

Другие интересные новости

Представитель Куклачева рассказала о его состоянии