Заполнено «недостающее звено» в загадке формирования химических элементов

С помощью спектрографа «X-shooter» на Очень Большом Телескопе (VLT) Европейской южной обсерватории (ESO) астрономам удалось зарегистрировать образование стронция в результате слияния двух нейтронных звезд, тем самым подтвердив давнюю гипотезу о формировании тяжелых элементов во Вселенной в ходе этих катастрофических событий. Результаты наблюдений и выводы ученых представлены в журнале Nature.

«Проведя повторный анализ наблюдений слияния нейтронных звезд, зафиксированное в 2017 году, мы выявили признаки присутствия в спектре килоновой тяжелого элемента стронция, доказав, что столкновение нейтронных звезд действительно приводит к его образованию», – рассказывает Дарах Уотсон, ведущий автор исследования из Копенгагенского университета (Дания).

На Земле стронций в природных условиях встречается в почве и концентрируется в некоторых минералах. Его соли используются для создания ярких красных вспышек при устройстве фейерверков.

В 2017 году, после регистрации достигших Земли гравитационных волн, астрономы направили телескопы на их источник: место слияния нейтронных звезд, известное как GW170817. Ученые подозревали, что, если тяжелые элементы действительно образуются в таких столкновениях, то их признаки существования могут быть зарегистрированы во взрывах килоновых, которые следуют за ними. Именно это и обнаружила группа европейских исследователей, изучая данные, полученные приемником «X-shooter».

«Мы достигли финальной стадии продолжавшегося много десятилетий поиска источников происхождения элементов. Сейчас мы знаем, что процессы, в ходе которых они образуются, происходят в основном в недрах обычных звезд, во взрывах сверхновых или во внешних оболочках старых светил. Но до сих пор нам не были известны объекты, где протекает последний не открытый процесс: так называемый захват быстрых нейтронов, при котором и образуются самые тяжелые элементы периодической таблицы», – пояснил Дарах Уотсон.

В ходе этого процесса атомные ядра захватывают нейтроны достаточно быстро, чтобы при этом могли образовываться очень тяжелые элементы. И хотя многие элементы рождаются в ядрах звезд, для синтеза элементов тяжелее железа, таких, как стронций, требуются еще более горячие среды с большим количеством свободных нейтронов. Захват быстрых нейтронов в естественных условиях происходит только в экстремальных условиях очень высоких температур, где атомы бомбардируются их большим количеством.

«Впервые мы можем напрямую связать вещество, недавно образованное в ходе захвата быстрых нейтронов, с событием слияния нейтронных звезд, подтверждая таким образом, что они состоят из нейтронов и что захват быстрых нейтронов, процесс, который был предметом бурных дискуссий, действительно происходит при столкновении таких объектов», – заключила Камилла Юуль Хансен, соавтор исследования из Института астрономии Макса Планка (Германия).