Откуда появилось золото во Вселенной? Мощные вспышки магнетаров создают редкие элементы

Откуда появилось золото во Вселенной? Мощные вспышки магнетаров создают редкие элементы — золото, платину и уран

01.05.2025 16:31:00 | iXBT.com

Астрономы из Центра вычислительной астрофизики Института Флатайрона (CCA) в Нью-Йорке сделали сенсационное открытие: они нашли новый источник редчайших элементов Вселенной, таких как золото и платина. Оказалось, что до 10% этих тяжёлых металлов в нашей галактике могли образоваться благодаря мощным вспышкам магнетаров — звёзд с невероятно сильными магнитными полями. Об этом учёные рассказали в статье, опубликованной 29 апреля 2025 года в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Изображение сгенерировано Grok

Всё началось с яркой вспышки света, которую в декабре 2004 года заметил космический телескоп. Источником вспышки оказался магнетар — звезда, окружённая магнитным полем, которое в триллионы раз сильнее земного. Эта вспышка длилась всего несколько секунд, но выделила больше энергии, чем Солнце за миллион лет! Учёные быстро определили её происхождение, но второй, более слабый сигнал, который появился через 10 минут, оставался загадкой целых 20 лет.

Теперь астрономы под руководством Брайана Метцгера, старшего научного сотрудника CCA и профессора Колумбийского университета, разгадали эту тайну. Они выяснили, что второй сигнал был связан с редким процессом рождения тяжёлых элементов, таких как золото и платина. Во время вспышки магнетар выбросил в космос материал из своей коры, где в экстремальных условиях образовались эти элементы. Учёные подсчитали, что только эта вспышка 2004 года создала тяжёлых металлов массой примерно треть массы Земли — это около 2 миллионов миллиардов миллиардов килограммов!

«Это всего лишь второй случай, когда мы напрямую увидели, где формируются такие элементы. Первый был связан со столкновением нейтронных звёзд», — объясняет Метцгер. Это открытие стало большим шагом в понимании того, как появляются тяжёлые элементы во Вселенной.

Большинство элементов, которые нас окружают, появились благодаря звёздам. Водород, гелий и немного лития родились во время Большого взрыва, но всё остальное, включая тяжёлые элементы вроде золота, платины или урана, создаётся в звёздах — либо в процессе их жизни, либо во время их взрывной смерти. Тяжёлые элементы, которые тяжелее железа, образуются в особом процессе, называемом r-процессом (быстрый захват нейтронов). Для этого нужны условия с огромным количеством свободных нейтронов, которые встречаются только в экстремальных условиях, таких как взрывы сверхновых или столкновения нейтронных звёзд.

В 2017 году учёные впервые подтвердили, что r-процесс происходит при столкновении двух нейтронных звёзд — остатков гигантских звёзд, состоящих из сверхплотного «нейтронного супа». Но таких столкновений слишком мало, чтобы объяснить всё количество тяжёлых элементов во Вселенной. Тогда астрономы начали подозревать, что магнетары тоже могут быть источником.

Магнетары — это нейтронные звёзды с невероятно сильными магнитными полями. Учёные рассчитали, что во время гигантских вспышек магнетары выбрасывают в космос нестабильные радиоактивные ядра, которые затем распадаются, превращаясь в стабильные элементы, такие как золото. При этом распад сопровождается свечением, которое можно увидеть как вспышку гамма-лучей. Когда астрономы поделились этой идеей с коллегами, те вспомнили про необъяснённый сигнал 2004 года — он идеально совпал с их моделью.

«Это событие почти забыли за эти годы, но наша модель подошла к нему идеально», — говорит Метцгер. По их расчётам, от 1 до 10% всех тяжёлых элементов в нашей галактике могли появиться благодаря таким вспышкам магнетаров. Остальное, вероятно, создаётся при столкновениях нейтронных звёзд, но пока зафиксировано только одно такое событие и одна вспышка магнетара, поэтому точные цифры пока неизвестны.

«Поразительно думать, что тяжёлые элементы, которые окружают нас — например, драгоценные металлы в наших телефонах и компьютерах, — рождаются в таких экстремальных космических условиях», — делится Анируд Пател, ведущий автор исследования и аспирант Колумбийского университета. Интересно, что вспышки магнетаров могли происходить на ранних этапах истории галактик, объясняя, почему в молодых галактиках так много тяжёлых элементов.

Чтобы узнать больше, учёным нужно поймать ещё вспышки магнетаров. Такие события происходят в нашей галактике примерно раз в несколько десятилетий, а во Вселенной — примерно раз в год. Новые телескопы, такие как миссия NASA Compton Spectrometer and Imager, которая стартует в 2027 году, помогут лучше улавливать эти сигналы. Но поймать их непросто: после обнаружения гамма-вспышки нужно быстро направить ультрафиолетовый телескоп на источник, чтобы увидеть пик сигнала и подтвердить рождение тяжёлых элементов.

«Это будет увлекательная погоня», — обещает Метцгер. А пока учёные не исключают, что во Вселенной могут быть и другие, пока неизвестные «фабрики» тяжёлых элементов.

Подробнее