Основная часть золота, урана и других тяжелых элементов во Вселенной формируется стремительно вращающимися коллапсирующими звездами, показано в новом исследовании.

Три наиболее легких элемента во Вселенной – водород, гелий и литий – сформировались в ранние моменты существования нашего мира, в течение всего лишь примерно одной минуты после Большого взрыва. Элементы Периодической таблицы вплоть до железа в основном формировались позднее, в ядрах звезд.

Однако путь формирования более тяжелых элементов, таких как золото и платина, многие годы оставался загадкой для астрономов. Предыдущие исследования показали, что для формирования тяжелых атомных ядер необходим процесс поглощения более легким ядром нейтронов, известный как r-процесс.

«Мне представляется просто удивительным тот факт, что даже в этом году – когда мы празднуем 150-летие Периодической таблицы – мы все еще знаем очень мало о формировании наиболее тяжелых ее элементов», — сказал главный автор нового исследования Дэниел Сигел (Daniel Siegel), физик-теоретик из Института теоретической физики Периметр в Уотерлу, Канада. Эти элементы включают «золото, платину, а также редкоземельные металлы, которые можно встретить в наших мобильных электронных устройствах», сказал он.

В 2017 г. ученые при помощи гравитационных волн обнаружили событие столкновения двух нейтронных звезд. Сигел и его команда на основании предыдущих исследований, в которых было показано, что столкновение нейтронных звезд создает условия для активного протекания r-процесса, смоделировали это столкновение и выяснили, что r-процесс преимущественно протекает в аккреционном диске, формирующемся вокруг образующейся черной дыры. Построенная модель позволила команде понять, что аналогичные процессы формирования тяжелых элементов характерны также для совершенно других с астрофизической точки зрения систем, называемых «коллапсарами» – стремительно вращающихся массивных звезд, которые взрываются с образованием черной дыры, окруженной массивным аккреционным диском.

Коллапсары реже встречаются во Вселенной, чем столкновения между нейтронными звездами, однако они производят большие количества тяжелых элементов в результате более интенсивного протекания r-процесса, выяснили исследователи. Проведенные командой расчеты показали, что на долю коллапсаров приходится не менее 80 процентов от количества тяжелых элементов в нашей Галактике, в то время как на долю столкновений между нейтронными звездами приходятся оставшиеся 20 процентов.