Первые звезды Вселенной были чудовищными зверями. Состоящие только из водорода и гелия, они могут быть в 300 раз массивнее Солнца. Внутри них сформировались первые более тяжелые элементы, которые в конце своей короткой жизни были выброшены в космос. Они были семенами всех звезд и планет, которые мы видим сегодня. Новое исследование предполагает, что эти древние прародители создали нечто большее, чем просто природные элементы.
За исключением водорода, гелия и нескольких следов других легких элементов, все атомы, которые мы видим вокруг себя, были созданы в результате астрофизических процессов, таких как сверхновые, столкновения нейтронных звезд и столкновения частиц высоких энергий. Вместе они создали более тяжелые элементы, вплоть до урана-238, самого тяжелого элемента, встречающегося в природе. Уран образуется в результате столкновений сверхновых и нейтронных звезд в ходе так называемого r-процесса, при котором нейтроны быстро захватываются атомными ядрами и становятся более тяжелыми элементами. R-процесс сложен, и мы еще многое не понимаем в том, как он происходит и каков может быть его верхний предел массы. Однако это новое исследование предполагает, что r-процесс в самых первых звездах мог производить гораздо более тяжелые элементы с атомной массой более 260.
Команда изучила 42 звезды Млечного Пути, элементный состав которых хорошо изучен. Вместо того, чтобы просто искать присутствие более тяжелых элементов, они изучили относительное содержание элементов во всех звездах. Они обнаружили, что содержание некоторых элементов, таких как серебро и родий, не соответствует предсказанному содержанию известного r-процесса нуклеосинтеза. Данные позволяют предположить, что эти элементы являются остатками распада гораздо более тяжелых ядер с массой более 260 атомных единиц.
Помимо r-процесса захвата быстрых нейтронов, существует два других способа создания тяжелых атомных ядер: p-процесс, при котором богатые нейтронами ядра захватывают протоны, и s-процесс, при котором затравочное ядро может захватывать нейтрон. Но ни один из них не может привести к быстрому наращиванию массы, необходимой для элементов, помимо урана. И только у сверхмассивных звезд первого поколения нуклеосинтез r-процесса мог генерировать такие элементы.
Таким образом, исследование предполагает, что r-процесс мог создавать элементы, находящиеся далеко за пределами урана, и, вероятно, делал это в первых звездах Вселенной. Если для некоторых из этих сверхтяжелых элементов не будет острова стабильности, они уже давно распадутся на природные элементы, которые мы видим сегодня. Но тот факт, что они когда-то существовали, поможет ученым лучше понять r-процесс и его пределы.
Ссылка: Родерер, Ян У. и др. «Модель содержания элементов в звездах указывает на деление ядер тяжелее урана». Наука 382.6675 (2023): 1177-1180.
