«Это довольно фундаментальный вопрос с точки зрения происхождения материи во Вселенной», — говорит Анирудх Патель, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Возможно, золото рождают магнетары
Астрономы уже несколько десятилетий пытаются определить космическое происхождение самых тяжелых элементов, таких как золото. Новое исследование, основанное на сигнале, обнаруженном в архивных данных космических миссий, может указать на потенциальный ключ к разгадке: источником золота могут быть магнетары, или сильно намагниченные нейтронные звезды.
На иллюстрации изображено, как разрыв коры сильно намагниченной нейтронной звезды может вызвать высокоэнергетические извержения. S. Wiessinger/NASA Goddard Space Flight Center
Ученые считают, что легкие элементы, такие как водород и гелий, и даже небольшое количество лития, скорее всего, существовали уже после того, как 13,8 миллиарда лет назад в результате большого взрыва образовалась Вселенная. Затем взорвавшиеся звезды выбросили более тяжелые элементы, такие как железо, которые вошли в состав новорожденных звезд и планет. Но рождение золота, которое тяжелее железа, представляет собой задачу для астрофизиков.
Ранее рождение золота в основном связывали со столкновениями нейтронных звезд. В 2017 году астрономы наблюдали столкновение двух нейтронных звезд. Оно вызвало пульсации в пространстве-времени, известные как гравитационные волны, и гамма-всплеск. В результате столкновения, известного как килонова, образовались тяжелые элементы, такие как золото, платина и свинец. Килонову сравнили с золотыми «фабриками» в космосе.
Магнетар — нейтронная звезда изображена в виде бело-голубоватой сферы. Магнитное поле показано в виде нитей, выходящих из ее полярных областей.
Считается, что большинство слияний нейтронных звезд произошло только за последние несколько миллиардов лет, говорит соавтор исследования Эрик Бернс, доцент и астрофизик из Университета штата Луизиана в Батон-Руж.
Но остававшиеся нерасшифрованными данные 20-летней давности, полученные с телескопов NASA и ЕSA, позволяют предположить, что вспышки магнетаров, образовавшихся гораздо раньше — в период становления Вселенной, — могли обеспечить другой способ создания золота, говорит Бернс.
Дрожь звезд
Нейтронные звезды — это остатки ядер взорвавшихся звезд, и они настолько плотные, что на Земле 1 чайная ложка звездного вещества весила бы 1 миллиард тонн. Магнетары — чрезвычайно яркий тип нейтронных звезд с невероятно мощным магнитным полем.
На этом рисунке изображен магнетар, выбрасывающий вещество в космос. Линии магнитного поля, показанные зеленым цветом, влияют на движение заряженного вещества вокруг магнетара.
Астрономы все еще пытаются выяснить, как именно формируются магнетары, но они предполагают, что первые магнетары, скорее всего, появились сразу после первых звезд, примерно через 200 миллионов лет после начала Вселенной, или около 13,6 миллиарда лет назад, говорит Бернс.
Время от времени магнетары выбрасывают огромное количество радиации из-за «звездотрясений». На Земле землетрясения происходят потому, что расплавленное ядро Земли вызывает движение в коре планеты, и когда напряжение накапливается, это приводит к неустойчивому движению, или к тому, что земля дрожит под ногами. Звездные землетрясения происходят похожим образом, говорит Бернс.
«У нейтронных звезд есть кора и сверхтекучее ядро», — сказал Бернс. — «Движение под поверхностью создает напряжение коры, что в конечном счете может вызвать звездотрясение». На магнетарах эти звездотрясения вызывают очень короткие всплески рентгеновского излучения. Как и на Земле, бывают периоды, когда та или иная звезда особенно активна, производя сотни или тысячи вспышек за несколько недель».
Вероятно, вспышки нагревают и выбрасывают материал коры на высоких скоростях. Астрономы предположили, что в этом случае физические условия подходят для производства тяжелых элементов, в том числе золота. Астрономы считают, что в старых данных, полученных NASA и ESA как раз и сохранились свидетельства таких звездотрясений.