Как во Вселенной появилось золото? Выводы ученых

Американские ученые из Мичиганского университета (США) во главе с профессором Витольдом Назаревичем смоделировали процесс синтеза тяжелых химических элементов из легких, пояснив необходимые для этого условия. Исследователи работали совместно с коллегами из Технического и Варшавского университетов, расположенных в городе Дармштадт (Германия). 

Любой атом имеет внутри себя ядро, где сосредоточена основная масса самого атома. Формирование ядра происходит в процессе нуклеосинтеза. Полагается, что образование тяжелых, а также сверхтяжелых ядер из легких во Вселенной происходит при последовательном захвате ими протонов/нейтронов. 

Изначально в составе молодой Вселенной присутствовал лишь водород, с небольшими примесями гелия. Другие элементы, тяжелее них, формировались в ходе термоядерных реакций в недрах земли. Главным среди этих механизмов является альфа-процесс, то есть захват ядрами альфа-частиц. Несмотря на это для синтеза элементов, которые тяжелее железа (к примеру, золото), необходимы более высокие энергии. Они, в свою очередь, нужны для последовательного захвата отдельных протонов или нейтронов. Появление подобных энергий происходит только в самых мощных катастрофических событиях – слияние нейтронных звезд или взрывы сверхновых.

Подобные астрофизические события приводят к нескольким механизмам нуклеосинтеза. Самый многообещающий из них – это быстрый r-процесс, требующий высокого содержания нейтронов и больших энергий. Где он на самом деле происходит, неизвестно.

Именно этот нерешенный вопросы американские ученые со своими коллегами из Германии решили изучить подробнее. На основе методов теории функционала плотности для расчета структуры атомных ядер физики-теоретики смоделировали r-процесс в сверхновых звездах и в ходе слияния пары нейтронных звезд. Ученые смогли рассчитать вероятности развития различных сценариев и показать условия их протекания. Согласно результатам, полученная информация сможет в дальнейшем поспособствовать в поиске экспериментальных и наблюдательных свидетельств нуклеосинтеза в космосе и на ускорителях частиц, исключив невозможные варианты. Все эти данные дадут возможность выяснить, как в итоге сформировались такие плотные металлы, как платина и золото.