Майже все золото на Землі — у кожному обручці, монеті та банківському злитку — народилося не в надрах планети і не в зірках на кшталт нашого Сонця. Воно виникло мільярди років тому в результаті зіткнень нейтронних зірок — подій такої руйнівної сили, що одна з них здатна виробити сотні мас Землі дорогоцінного металу. Наукове підтвердження цьому з’явилося ще у 2017 році, і воно докорінно змінило уявлення не лише про астрофізику, а й про природу одного з найбажаніших фінансових активів людства
Фото: unsplash.com
17 серпня 2017 року дві нейтронні зірки в галактиці NGC 4993, розташованій за 130 мільйонів світлових років від Землі, завершили багатомільйонне спіральне зближення зіткненням, яке тривало частки секунди. Гравітаційні хвилі від цього злиття досягли Землі та були зафіксовані обсерваторіями LIGO і Virgo.
Протягом кількох годин телескопи по всьому світу ідентифікували наслідки події в усьому електромагнітному спектрі — від гамма-випромінювання до радіохвиль. Подія отримала позначення GW170817 і стала першим підтвердженим спостереженням злиття нейтронних зірок.
Згідно з дослідженням, опублікованим у журналі Nature групою вчених під керівництвом Деніела Казена з Каліфорнійського університету в Берклі та Браяна Мецґера з Колумбійського університету, подія GW170817 викинула в простір важкі елементи загальною масою близько 6% маси Сонця — приблизно 20 000 мас Землі речовини. Серед них — близько 200 мас Землі золота та майже 500 мас Землі платини, а також порівнянні кількості урану та інших елементів важче за залізо. Моделі команди, розроблені протягом попереднього десятиліття саме в розрахунку на подібні спостереження, збіглися з оптичним і інфрачервоним відблиском події з достатньою точністю для ідентифікації складу викинутого матеріалу.
Щоб зрозуміти, чому це важливо, варто згадати фундаментальне обмеження: звичайні зірки не можуть виробляти золото. Термоядерний синтез у зірках іде від водню до гелію, далі до вуглецю і поступово доходить до заліза. На залізі процес зупиняється — злиття ядер важче за залізо вже не вивільняє енергію, а потребує її. Так звана повільна нейтронна захоплення (s-процес) здатна синтезувати деякі важкі елементи аж до вісмуту. Але золото, платина, уран і десятки інших найважчих елементів потребують зовсім іншого механізму — швидкої нейтронної захоплення (r-процесу). Він передбачає бомбардування атомних ядер нейтронами з такою швидкістю, що ядра не встигають розпадатися між захопленнями. Умови для цього існують майже ніде у Всесвіті — і саме злиття нейтронних зірок є одним із небагатьох місць, де вони реалізуються.
Читайте також: Вчені нарешті розкрили секрет дивних сигналів із космосу
Нейтронна зоря — це те, що залишається від масивної зірки після вибуху наднової. Типова нейтронна зоря містить приблизно 1,4 маси Сонця, стиснутих у кулю діаметром близько 10 кілометрів. Чайна ложка такої речовини важить близько мільярда тонн. Коли дві нейтронні зірки утворюють пару, вони повільно втрачають енергію через випромінювання гравітаційних хвиль і протягом геологічних епох зближуються. Зірки GW170817 в останні миті перед злиттям оберталися одна навколо одної більш ніж 300 разів на секунду. Саме таке злиття фізики назвали кілоновою — вибухом, який приблизно в тисячу разів яскравіший за звичайну нову, але слабший за наднову, і впізнаваний за характерним червонуватим відтінком, зумовленим радіоактивним розпадом щойно синтезованих важких елементів.
Усе золото, яке Земля отримала у спадок, потрапило сюди ще до формування Сонячної системи 4,6 мільярда років тому. Сонце і планети утворилися з хмари міжзоряного газу й пилу, збагаченої протягом попередніх мільярдів років викидами наднових і кілонових від попередніх поколінь зірок Чумацького Шляху. Важкі елементи з тих подій були розсіяні на сотні світлових років, а потім зібралися разом із рештою матерії при формуванні нашої планетної системи. Золото, доступне на поверхні Землі й видобуте за всю людську історію, — це переважно пізній шар, принесений астероїдами вже після того, як більша частина металів пішла в розплавлене ядро планети в ранній геологічний період.
При цьому питання про те, чи є злиття нейтронних зірок єдиним джерелом золота у Всесвіті, залишається відкритим. Згідно з аналізом астрофізика Ітана Зіґеля, темп спостережуваних злиттів нейтронних зірок може бути недостатнім для пояснення всього наявного у Всесвіті золота.
Додатковим джерелом r-процесу можуть слугувати так звані колапсари — рідкісний тип наднових, де ядро масивної зірки колапсує безпосередньо в чорну діру, — а також спалахи магнетарів. Підтверджено одне: нейтронні зірки справді виробляють золото у кількостях, достатніх для збагачення цілих галактик.
Ознайомтеся з іншими популярними матеріалами:
5 наукових проривів сучасності, які змінюють світ
Учені знайшли сліди давнього життя під кратером від астероїда
Знайдено планети, що ламають закони астрономії
Джерело: Space Daily.
Telegram 
Viber 
