Уран - не предел: как первые звезды Вселенной создавали сверхтяжелые элементы

Первые звезды Вселенной, колоссальные по своим размерам и состоящие из водорода и гелия, могли быть в 300 раз массивнее Солнца. Именно в них зародились первые тяжелые элементы, которые затем рассеялись по космосу в конце их краткой жизни. Эти древние звезды стали источником всех звезд и планет, которые мы видим сегодня. Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Science , эти древние предшественники создали не только естественные элементы.

За исключением водорода, гелия и нескольких следов других легких элементов, все атомы вокруг нас образовались в результате астрофизических процессов, таких как сверхновые, столкновения нейтронных звезд и столкновения частиц высокой энергии. Эти процессы создали тяжелые элементы вплоть до урана-238, самого тяжелого естественно встречающегося элемента. Уран образуется в результате сверхновых и столкновений нейтронных звезд посредством так называемого r-процесса, когда нейтроны быстро захватываются атомными ядрами, превращаясь в более тяжелый элемент. R-процесс сложен, и многое в нем до сих пор остается невыясненным, в том числе его верхний предел по массе. Однако новое исследование предполагает, что r-процесс в самых первых звездах мог производить гораздо более тяжелые элементы с атомной массой более 260.

Исследовательская группа изучила 42 звезды Млечного Пути, элементный состав которых хорошо изучен. Они обнаружили, что обилие некоторых элементов, таких как серебро и родий, не соответствует прогнозируемому обилию из известного r-процесса нуклеосинтеза. Данные предполагают, что эти элементы являются распадающимися остатками от гораздо более тяжелых ядер с массой более 260 атомных единиц.

Помимо r-процесса быстрого захвата нейтронов, существуют еще два способа создания тяжелых атомных ядер: p-процесс, при котором нейтронобогатые ядра захватывают протоны, и s-процесс, при котором ядро-семя может захватить нейтрон. Однако ни один из них не может создать быстрое наращивание массы, необходимое для элементов за пределами урана. И только в гипермассивных звездах первого поколения r-процесс нуклеосинтеза мог генерировать такие элементы.

Таким образом, исследование предполагает, что r-процесс мог создавать элементы, значительно превышающие уран, и вероятно, делал это в самых первых звездах Вселенной. Если не существует "острова стабильности" для некоторых из этих ультратяжелых элементов, они давно распались на естественные элементы, которые мы видим сегодня. Но факт их когда-то существования поможет ученым лучше понять r-процесс и его пределы.