Учёные объяснили происхождение урана и плутония в космосе

Исследователи из Национальной лаборатории Лос-Аламоса представили новаторскую теорию, кардинально изменившую наше понимание происхождения тяжёлых элементов, таких как уран и плутоний. Работа объясняет, как в умирающих звёздах, на пути к превращению в чёрные дыры, создаются условия для формирования этих редких элементов. В центре внимания оказываются мощные гамма-всплески и окружающая их «коконная» оболочка, где протекают уникальные физические процессы.

Когда массивная звезда истощает своё ядерное топливо, она коллапсирует под собственной гравитацией, превращаясь в чёрную дыру. Если чёрная дыра быстро вращается, её магнитное поле закручивается, создавая интенсивный поток высокоэнергетических фотонов — гамма-лучей. Этот поток прорывается сквозь звезду, формируя раскалённую оболочку — кокон. На границе потока и звёздного вещества происходит взаимодействие фотонов с атомными ядрами, которые превращают протоны в нейтроны и расщепляют ядра на отдельные частицы.

Свободные нейтроны, не обладая зарядом, ускользают из потока в кокон, где их концентрация становится чрезвычайно высокой. Это запускает быстрый захват нейтронов, или r-процесс, который отвечает за формирование всех природных тяжёлых элементов, включая торий, уран и плутоний. Оригинальность открытия заключается в том, что нейтроны образуются непосредственно в процессе и с невероятной скоростью — за наносекунды. Протоны же удерживаются в потоке благодаря своим зарядам и мощным магнитным полям.

Этот процесс задействует все четыре фундаментальные силы природы и объединяет физику атомов, ядер, гидродинамику и общую теорию относительности. Он не только объясняет происхождение тяжёлых элементов, но и такие явления, как килоновые — яркие световые вспышки, связанные с гамма-всплесками. Ранее килоновые связывали с слиянием нейтронных звёзд, но новая теория предполагает, что они могут возникать и при коллапсе звёзд. Кроме того, исследование может пролить свет на происхождение железа и плутония, найденных в глубоководных отложениях на Земле, подтвердив их внеземную природу.

Невзирая на прорыв, учёные сталкиваются с вызовами: тяжёлые изотопы, созданные в r-процессе, пока не воссозданы на Земле, и их свойства, такие как масса или период полураспада, остаются неизвестными. Команда намерена провести дальнейшие суперкомпьютерные моделирования, чтобы уточнить детали сложных физических взаимодействий и подтвердить свою модель.

 

Источник: iXBT