Все тяжелые элементы вселенной образовались в результате ядерного синтеза. При этом внутри обычных звезд, по современным представлениям, могли образоваться лишь элементы не тяжелее железа. Остальные, как золото или уран, появились в результате более редких событий, вроде слияния нейтронных звезд или черных дыр.
Ученые из немецкого Института тяжелых ионов создали модель плотного горячего аккреционного диска вокруг черной дыры, который образуется при слиянии массивных нейтронных звезд. Внутренний состав подобных дисков почти не изучен, в особенности, мало данных о том, при каких условиях в ходе ядерных реакций образуется избыток нейтронов. Известно только, что ключевую роль в этом процессе играют нейтрино, поскольку они обеспечивают преобразование протонов в нейтроны и обратно.
«В нашем исследовании мы впервые систематически исследовали скорость преобразования нейтронов и протонов для большого числа конфигураций дисков с помощью сложных компьютерных симуляций, и обнаружили, что диски очень богаты нейтронами при соблюдении определенных условий, - объясняет Оливер Джаст, руководитель исследования. - Решающим фактором является общая масса диска. Чем массивнее диск, тем чаще нейтроны образуются из протонов в результате захвата электронов при испускании нейтрино и доступны для синтеза тяжелых элементов с помощью r-процесса. Однако, если масса диска слишком высока, обратная реакция играет повышенную роль, так что нейтроны повторно захватывают больше нейтрино, прежде чем они покинут диск. Эти нейтроны затем превращаются обратно в протоны, что препятствует r-процессу». Как показывает исследование, оптимальная масса диска для обильного производства тяжелых элементов составляет от 0,01 до 0,1 массы Солнца.
Исследование показало, что слияние нейтронных звезд, создающее аккреционные диски с такими массами, может быть «фабрикой» большой доли тяжелых элементов. Однако в настоящее время неясно, как часто встречаются такие диски.
Комментарии читателей
на нашу рассылку