Астрофизики считают, что черные дыры могут производить золото

Во Вселенной может быть больше способов образовывать тяжелые элементы, чем мы думали.

Создание металлов, таких как золото, серебро, торий и уран, требует энергетических условий, таких как взрыв сверхновой или столкновение нейтронных звезд.

Однако новая статья показывает, что эти элементы могут образовываться в закрученном хаосе, который окружает активную новорожденную черную дыру, поглощающую пыль и газ из пространства вокруг себя.

В этих экстремальных условиях высокая скорость испускания нейтрино должна способствовать превращению протонов в нейтроны, что приводит к избытку последних, необходимому для процесса производства тяжелых элементов.

Вначале, после Большого взрыва, не было много элементов. Пока звезды не родились и не начали сталкивать атомы в своих ядрах, Вселенная была супом, состоящим в основном из водорода и гелия.

Звездный ядерный синтез наполнил космос более тяжелыми элементами, от углерода до железа для самых массивных звезд, просеянных через космос, при взрыве звезд.

Но железо — вот где проблема с синтезом ядер. Тепло и энергия, необходимые для производства железа путем синтеза, превышают энергию, генерируемую процессом, что приводит к падению температуры ядра, что, в свою очередь, приводит к гибели звезды во взрыве сверхновой.

Взрывы настолько мощны, что атомы, сталкиваясь с силой, могут захватывать нейтроны друг от друга.

Это называется процессом быстрого захвата нейтронов или r-процессом; это должно произойти очень быстро, чтобы радиоактивный распад не успел возникнуть до того, как к ядру добавятся новые нейтроны.

Неясно, существуют ли другие сценарии, в которых может иметь место r-процесс, но новорожденные черные дыры являются многообещающим кандидатом. А именно, когда две нейтронные звезды сливаются, и их совокупная масса достаточна, чтобы склонить вновь образованный объект в категорию черных дыр.

Коллапсары — еще одна возможность: гравитационный коллапс ядра массивной звезды в черную дыру звездной массы.

В обоих случаях считается, что молодая черная дыра окружена плотным горячим кольцом из материала, который кружится вокруг и впитывается в нее, как вода в канализацию. В этих средах нейтрино испускаются в изобилии, и астрономы давно выдвинули гипотезу, что в результате может иметь место нуклеосинтез r-захвата.

Джаст и его коллеги провели обширное моделирование, чтобы определить, так ли это на самом деле. Они варьировали массу и спин черной дыры, массу материала вокруг нее, а также влияние различных параметров на нейтрино. Они обнаружили, что при подходящих условиях нуклеосинтез r-процесса может происходить в подобных средах.

Следующим шагом будет определение того, как свет, излучаемый при столкновении нейтронных звезд, можно использовать для расчета массы ее аккреционного диска.

Исследование опубликовано в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.