Физики выяснили самые экстремальные источники химических элементов во Вселенной

Наш мир полон химикатов, которых не должно быть.

Более легкие элементы, такие как углерод, кислород и гелий, существуют из-за интенсивных энергий синтеза, разрушающих протоны вместе внутри звезд. Но элементы от кобальта до никеля и меди через йод и ксенон, в том числе уран и плутоний, слишком тяжелы, чтобы их можно было получить с помощью звездного синтеза . Даже ядро ​​самого большого, самого яркого солнца не обладает достаточной температурой и давлением, чтобы образовывать что-нибудь тяжелее железа.

И все же, эти химические вещества в изобилии во вселенной . Что-то делает их. 

Классическая теория состояла в том, что сверхновые – взрывы, которые разрывают некоторые звезды в конце их жизни – являются виновником. Эти взрывы должны кратковременно достичь энергий, достаточно интенсивных, чтобы создать более тяжелые элементы. Доминирующей теорией того, как это происходит, является турбулентность. По мере того как сверхновая выбрасывает материал во вселенную, теория гласит, что рябь турбулентности проходит сквозь ее ветры, кратковременно сжимая выброшенный звездный материал с достаточной силой, чтобы врезаться даже в устойчивые к слиянию атомы железа в другие атомы и образовать более тяжелые элементы.

Но новая модель гидродинамики предполагает, что все это неправильно.

«Для того, чтобы начать этот процесс, нам нужен какой-то избыток энергии», – говорит ведущий автор исследования Снежана Абаржи, материаловед из Университета Западной Австралии в Перте. «В течение многих лет люди верили, что такого рода избыток может быть вызван насильственными, быстрыми процессами, которые, по сути, могут быть турбулентными процессами», – сказала она в интервью журналу Live Science.

Но Абаржи и ее соавторы разработали модель жидкости в сверхновой, которая предполагает, что может происходить что-то еще – что-то меньшее. Они представили свои результаты в начале этого месяца в Бостоне, на мартовском собрании Американского физического общества , а также опубликовали свои выводы 26 ноября 2018 года в журнале «Известия Национальной академии наук» .

В сверхновой звездный материал отрывается от ядра звезды на высокой скорости. Но весь этот материал течет наружу примерно с той же скоростью. Так что относительно друг друга молекулы в этом потоке звездного материала движутся не так быстро. В то время как может быть случайная рябь или вихрь, не хватает турбулентности, чтобы создавать молекулы мимо железа в периодической таблице.

Вместо этого Абаржи и ее команда обнаружили, что слияние, вероятно, происходит в изолированных горячих точках сверхновой.

По ее словам, когда взрывается звезда, взрыв не совсем симметричен . Сама звезда имеет неоднородности плотности в момент перед взрывом, и силы, разрывающие ее на части, также немного нерегулярны.

Эти неровности создают сверхплотные, сверхгорячие области внутри уже горячей жидкости взрывающейся звезды. Вместо сильной ряби, сотрясающей всю массу, давление и энергия сверхновой особенно концентрируются в небольших частях взрывающейся массы. Эти регионы становятся краткими химическими заводами, более мощными, чем все, что существует в типичной звезде.

И это, Абаржи и ее команда предполагают, откуда все тяжелые элементы во вселенной.

Большое предостережение в том, что это единственный результат и одна статья. По словам Абаржи, исследователи полагались на бумажную работу, а также компьютерные модели. Чтобы подтвердить или опровергнуть эти результаты, астрономы должны будут сопоставить их с фактическими химическими сигнатурами сверхновых во Вселенной – газовых облаков и других остатков звездного взрыва.

Но похоже, что ученые немного ближе к пониманию того, сколько материала вокруг нас, в том числе и в наших телах, получается.