5 сентября 2017

Выдвинута новая версия происхождения урана во Вселенной

Все залежи золота, урана и других тяжелых металлов на Земле и других планетах могли родиться не внутри сверхновых, а благодаря так называемым примордиальным черным дырам на заре существования Вселенной, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

"Когда примордиальная черная дыра сталкивается с нейтронной звездой, она начинает "выедать" ее изнутри. Этот процесс занимает примерно 10 тысяч лет. По мере того как нейтронная звезда "худеет", она раскручивается, в результате чего от нее начинают "отваливаться" куски материи. Эти куски могут быть фабриками тяжелых элементов", — рассказывает Александр Кусенко из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (США).

После Большого взрыва во Вселенной существовали только три элемента — водород, гелий и следовые количества лития. Однако через 300 миллионов лет, когда возникли первые звезды, стали появляться более тяжелые элементы, рожденные в ходе термоядерных реакций в недрах светил.

Сегодня ученые считают, что все элементы тяжелее железа, в том числе золото, уран, а также другие тяжелые и редкоземельные металлы возникли по большей части в результате взрывов сверхновых, так как температура и давление внутри звезд слишком низки для их быстрого формирования.

С другой стороны, последние попытки оценить количество золота и других тяжелых элементов, порожденных сверхновыми, говорят о том, что они формируют эти вещества крайне медленно. Это показывает, что в рождении этих элементов могли быть замешаны другие, более экзотические процессы, такие как столкновения нейтронных звезд.

Кусенко и его коллеги по университету полагают, что в этом процессе могут быть замешаны так называемые примордиальные черные дыры — небольшие аналоги "обычных" черных дыр звездной массы, возникавшие в первые мгновения жизни Вселенной из особо плотных скоплений темной материи.

Подобные объекты, как объясняет Кусенко, обладали множеством необычных свойств, в том числе и способностью проникать внутрь более крупных объектов, не разрывая их на части, как это делают их более крупные "кузины".

Анализируя различные сценарии взаимодействий примордиальных черных дыр и других объектов, существовавших в ранней Вселенной, Кусенко и его коллеги обратили внимание на то, что они будут крайне необычным образом влиять на поведение пульсаров.

Как показали расчеты ученых, в буквальном смысле эти объекты смогут раскручивать их до таких скоростей, что пульсары начнут распадаться на части. Это будет происходить по одной простой причине — попадая в центр пульсара, примордиальная черная дыра будет постепенно "выедать" его изнутри, постепенно уменьшая размеры выгоревшей звезды.

В соответствии с законами физики, уменьшение ее радиуса будет приводить к тому, что скорость вращения пульсара будет резко расти. В конечном итоге она достигнет таких значений, что внешние слои нейтронной звезды начнут отрываться от ее поверхности и будут периодически выбрасываться в открытый космос.

В свою очередь, экзотическая материя нейтронной звезды, обладающая сверхвысокой плотностью и полностью состоящая из нейтронов, станет нестабильной после подобного "катапультирования" и начнет превращаться в "обычную" материю, в том числе и в атомы тяжелых элементов.

Почему ученые считают подобный сценарий рождения золота и урана более вероятным, чем их формирование в недрах сверхновых? По словам Кусенко, подобный сценарий лучше всего объясняет то, почему золото и другие тяжелые вещества формируются сегодня необычно медленно — почти все или даже все примордиальные черные дыры должны были исчезнуть в первые эпохи жизни Вселенной.

Кроме того, эта гипотеза хорошо объясняет то, почему в центре Млечного Пути и других галактик присутствует необычно мало нейтронных звезд. Вдобавок подобные столкновения могут порождать несколько других загадочных и пока необъяснимых астрофизических феноменов, таких как FRB-радиовспышки и загадочное гамма-излучение, исходящее из ядра Галактики.