Ученые активно исследуют вопрос образования самых тяжелых элементов в периодической таблице, таких металлов, например, как уран и плутоний. Ведь до сих пор точно неясно, как они появились во Вселенной и на Земле, в частности. В поисках ответа на вопрос специалистам помогло компьютерное моделирование.
Выяснилось, что появление тяжелых металлов — это сложная задача, требующая экстремальных условий и большого количества нейтронов.
R-процесс
Как показывают расчеты, один из предполагаемых механизмов, который бы мог обеспечить Вселенную тяжелыми металлами, – быстрый захват нейтронов (r-процесс). Дело в том, что создание урана и плутония требует невероятных условий, которые редко встречаются во Вселенной. Ключевым механизмом образования тяжелых металлов считается r-процесс.
В нем ядра атомов быстро захватывают большое количество нейтронов, значительно увеличивая свою массу. Последующий бета-распад этих нестабильных ядер приводит к увеличению атомного номера и образованию все более и более тяжелых элементов. И так раз за разом.
Источник нейтронов
До недавнего времени считалось, что основными источниками нейтронов для r-процесса являются слияния нейтронных звезд и взрывы сверхновых. Однако новое исследование предполагает, что мощные космические струи (джеты) и окружающие их коконы, образующиеся во время гамма-всплесков при коллапсе массивных звезд, также могут играть значительную роль. Тем более, что они встречаются чаще. Внутри этих струй высокоэнергетические фотоны способны разрушать внешние слои коллапсирующей звезды, превращая протоны в нейтроны. Это и вызывает цепную реакцию, ведущую к образованию тяжелых металлов.
Кратковременность существования
Свободные нейтроны нестабильны и распадаются примерно за 15 минут. Однако в экстремальных условиях r-процесса они успевают захватываться ядрами до распада, обеспечивая нуклеосинтез. Помимо r-процесса, существует медленный захват нейтронов (s-процесс), происходящий в оболочках звезд, который также способствует образованию тяжелых металлов, но в меньшей степени, чем r-процесс.
Также существует p-процесс, в котором ядра захватывают протоны. Он также может способствовать образованию элементов тяжелее железа.
