Серебро вскрыло новый процесс нуклеосинтеза в звёздах

Группа немецких учёных провела моделирование процесса образования серебра в сверхновых и выяснила, что он требует доселе неизвестного вида r-процесса и имеет место только в тех звёздах, где не возникает золото.

Тяжёлым элементам, таким как золото и серебро, для образования нужны особые условия. В частности, золото может нарабатываться лишь при взрывах массивных сверхновых звёзд, в которых оно появляется в ходе r-процесса нуклеосинтеза, известного также как быстрый процесс захвата нейтронов. В его ходе более тяжёлые ядра образуются из более лёгких путём последовательного захвата нейтронов в ходе реакций. Как считается, ударная волна, формирующаяся при взрыве сверхновой, проходя по гелиевому и неоновому слоям, вызывает реакцию с требуемой концентрацией нейтронов.

Как оказалось, сверхновые разной массы порождают разные химические элементы. (Здесь и ниже иллюстрации NASA.)

Доктор Камилла Хансен из Гейдельбергского университета (Германия) считает вместе с коллегами, что распространённое мнение о генерировании таким образом не только золота, но и серебра, а также палладия — ошибочно. Предпринятое учёными моделирование показало, что лишь у сверхновых тяжелее 8–10 солнечных масс при взрыве можно обнаружить значительные количества золота. В то же время более лёгкие сверхновые ответственны за появление серебра и палладия. Наконец, их симуляция позволила заявлять о существовании второго r-процесса, до того неизвестного.

Тщательный анализ спектральных линий множества звёзд нескольких спектральных классов выявил, что наличие в них элементов разных групп строго увязано между собой. Так, в звёздах с низкой металличностью обычно может быть либо значительное (относительно среднего фона) количество золота, либо избыток элементов из ряда цирконий — серебро. По мнению исследователей, это означает, что золото и серебро образуются в разных r-процессах, причём тот, что ответствен за возникновение серебра, является совершенно новым и имеет место только при взрыве сверхновых иной массы, нежели те, которые нарабатывают золото.

Новый тип r-процесса, ответственный за наработку серебра, требует дальнейшего изучения, полагают астрономы.

«Это первое бесспорное доказательство существования особого процесса термоядерного синтеза, имеющего место при взрыве звезды, — отмечает д-р Хансен. — До сих пор это было не более чем спекуляцией. На очереди моделирование этих [r-]процессов во взрывах сверхновых; только так мы сможем описать условия для образования серебра».

Стоит ли говорить, что существование ранее не установленных процессов синтеза тяжёлых элементов в недрах звёзд способно оказать немалое влияние на наше понимание до сих не вполне ясной науке эволюции химического состава Вселенной, часто сталкивающейся с чрезвычайно насыщенными тяжёлыми элементами звёздами и пылевыми облаками в ранних галактиках, кои мы видим такими, какими они были 12 млрд лет назад…

Соответствующее исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Гейдельбергского университета.