Само наше существование неразрывно связано с космическим миром, поскольку мы состоим из материалов, происходящих из самих звезд. Звезды служат замечательными фабриками, постоянно участвующими в процессе слияния и распада элементов для образования новых элементов, которые весят либо меньше, либо больше. Различие между более легкими и тяжелыми элементами определяется их атомной массой, которую можно грубо понимать как совокупность протонов и нейтронов, расположенных внутри ядра одного атома, принадлежащего этому конкретному элементу.
Считается, что процесс создания самых тяжелых элементов происходит исключительно внутри нейтронных звезд посредством явления, известного как процесс быстрого захвата нейтронов, также называемый процессом r-типа. Представьте себе сценарий, в котором одинокое атомное ядро подвешено в море нейтронов. Внезапно значительное количество этих нейтронов прилипает к ядру, хотя и на короткое время, обычно длящееся менее секунды. Впоследствии происходит последовательность внутренних преобразований, включающих преобразование нейтронов в протоны, что приводит к чудесному появлению такого массивного элемента, как золото, платина или уран.
Элементы, обладающие наибольшей массой, по своей природе нестабильны или радиоактивны, а это означает, что с течением времени они постепенно распадаются. Одним из способов их распада является процесс, называемый делением.
Процесс r-типа необходим, если вы хотите создавать элементы, которые тяжелее, скажем, свинца и висмута. Вам нужно очень быстро добавить много нейтронов, но трудность в том, что вам нужно много энергии и много нейтронов, чтобы это сделать. И лучшим местом для нахождения и того и другого является рождение или смерть нейтронной звезды, или столкновение нейтронных звезд и производство сырья для процесса
— Иан Рекдерер, доцент физики в Северо-Каролинском государственном университете и главный автор исследования.
Есть общее представление о том, как работает процесс r-типа, но условия процесса довольно экстремальны. У ученых нет хорошего представления о том, сколько различных мест во Вселенной могут генерировать процесс r-типа, неизвестно, как заканчивается процесс r-типа, и мы не можем ответить на вопросы, например, сколько нейтронов можно добавить? Насколько тяжелым может быть элемент? Поэтому исследователи решили посмотреть на элементы, которые могут быть получены делением в некоторых хорошо изученных старых звездах, чтобы посмотреть, сможем ли мы начать находить ответы на некоторые из этих вопросов.
Команда взглянула на количество тяжелых элементов в 42 хорошо изученных звездах в Млечном Пути. Установлено, что в этих звездах имеются тяжелые элементы, образованные процессом r-типа в предыдущие поколения звезд. Рассмотрев более общий взгляд на количество каждого тяжелого элемента, найденного в этих звездах в целом, а не как обычно, в индивидуальном порядке, они выявили ранее непризнанные закономерности. Результаты работы опубликованы в журнале Science.
Основываясь на наблюдаемых закономерностях, можно сделать вывод, что некоторые элементы, находящиеся в середине таблицы Менделеева, такие как серебро и родий, являются вероятными побочными продуктами, образующимися в результате расщепления тяжелого элемента. Благодаря своим исследованиям команда успешно установила, что процесс r-типа способен генерировать атомы с атомной массой 260 или выше до того, как они подвергнутся делению.
Это число 260 интересно, потому что ранее мы не обнаруживали ничего столь тяжелого в космосе или на Земле, даже при ядерных испытаниях. Но наблюдение их в космосе дает представление о том, как мы можем думать о моделях и делении — и может дать нам представление о том, как возникло обширное разнообразие элементов
— Иан Рекдерер.
