Ученые объяснили, как тяжелые металлы — уран и плутоний

Ученые объяснили, как тяжелые металлы — уран и плутоний — «рождаются» в космосе

26.04.2025 13:50:00 | iXBT.com

Учёные из Национальной лаборатории Лос-Аламоса предложили революционную теорию, изменившую понимание происхождения тяжёлых элементов, таких как уран и плутоний. Исследование описывает, как в умирающих звёздах, превращающихся в чёрные дыры, создаются условия для формирования этих редких элементов. В центре процесса — мощные гамма-всплески и окружающая их «коконная» оболочка, где происходят уникальные физические реакции.

Фото: Los Alamos National Laboratory

Когда массивная звезда исчерпывает своё ядерное топливо, она коллапсирует под собственной гравитацией, образуя чёрную дыру. Если чёрная дыра быстро вращается, её магнитное поле закручивается, создавая сверхмощный поток высокоэнергетических фотонов — гамма-лучей. Этот поток, подобно грузовому поезду, пробивающемуся через снег, прорезает звезду, формируя вокруг себя горячую оболочку — кокон. На границе потока и звёздного вещества фотоны сталкиваются с атомными ядрами, превращая протоны в нейтроны и разрушая ядра на отдельные частицы.

Свободные нейтроны, не имеющие заряда, вырываются из потока в кокон, где их плотность становится невероятно высокой. Это запускает процесс быстрого захвата нейтронов, или r-процесс, который отвечает за создание всех природных тяжёлых элементов, включая торий, уран и плутоний. Уникальность открытия в том, что нейтроны не существуют изначально, а образуются прямо в процессе, причём невероятно быстро — за наносекунды. Протоны, напротив, удерживаются в потоке мощными магнитными полями из-за своего заряда.

Этот процесс включает все четыре фундаментальные силы природы и объединяет физику атомов, ядер, гидродинамику и общую теорию относительности. Он объясняет не только рождение тяжёлых элементов, но и такие явления, как килоновые — яркие вспышки света, связанные с гамма-всплесками. Ранее килоновые ассоциировались с collisions нейтронных звёзд, но новая теория предлагает, что они могут возникать и при коллапсе звёзд. Кроме того, исследование может пролить свет на происхождение железа и плутония, найденных в глубоководных отложениях на Земле, которые, как подтверждено, имеют внеземное происхождение.

Несмотря на прорыв, учёные сталкиваются с трудностями: тяжёлые изотопы, созданные в r-процессе, никогда не воспроизводились на Земле, и их свойства, такие как масса или период полураспада, остаются загадкой. Команда планирует дальнейшие суперкомпьютерные симуляции, чтобы уточнить детали сложных физических взаимодействий и подтвердить свою модель.

Подробнее