Некоторые элементы прибыли на Землю в результате серфинга ударных волн сверхновых

Когда звезды умирают, они распространяют элементы, которые создали в своих ядрах, в космос.

Но другие объекты и процессы в космосе также создают элементы.

В конце концов, это «звездное вещество» разлетается по галактике гигантскими облаками обломков.

Позже — иногда миллионы лет спустя — он оседает на планетах. Каково недостающее звено между созданием элемента и его размещением в каком-то отдаленном мире?

Это вопрос, который исследователи задавали себе в течение многих лет, пытаясь выяснить, как тяжелые элементы, такие как марганец, железо и плутоний, появились на Земле.

Оказывается, они сделаны в разных процессах, часто в разных частях Млечного Пути. Тем не менее, они были найдены вместе на морском дне Земли.

Это означает, что они прибыли примерно в одно и то же время, несмотря на разное происхождение.

Ученые из Университета Хартфордшира в Великобритании и Обсерватории Конколи, Исследовательского центра астрономии и наук о Земле в Венгрии, собрали воедино несколько теорий и компьютерных моделей, чтобы смоделировать перемещение элементов в космосе.

Они придумали ответ: элементы далеких событий переносятся ударными фронтами сверхновых точно так же, как серферы ловят волну.

Тяжелые элементы: от нуклеосинтеза к глубоководной добыче

Чтобы понять, как вещи из далеких пожаров оказались на Земле, стоит бросить беглый взгляд на эти события. Во-первых, это сверхновые типа II.

Они возникают, когда умирает сверхмассивная звезда. Это как минимум в восемь раз больше массы Солнца.

Эти звезды сплавляют все более и более тяжелые элементы (например, углерод) в своих ядрах. Когда они доходят до производства железа, у них не хватает энергии, чтобы поддерживать производственную линию.

Ядра коллапсируют, а затем все очень быстро расширяется наружу при взрыве сверхновой. Этого достаточно, чтобы отправить тяжелые элементы в космос.

Далее идут сверхновые типа Ia. Это происходит в двойной паре звезд. Материал звезды главной последовательности аккрецируется на ее партнера, белого карлика. Когда накапливается слишком много материала, происходит взрыв. Это приводит к «нуклеосинтезу» более тяжелых элементов, в том числе марганца.

Другое катастрофическое событие, которое, вероятно, создает тяжелые элементы, — это столкновение (или слияние) двух нейтронных звезд. Когда они по спирали приближаются друг к другу и, в конце концов, разбиваются, они испускают поток нейтронов. Те, в свою очередь, бомбардируют близлежащие атомы. Этот «r-процесс» очень быстро производит тяжелые элементы, такие как плутоний.

Каким-то образом весь этот материал из разных источников оказался на Земле примерно в одно и то же время. Ученые обнаружили загадочные доказательства этого в отложениях радиоактивных изотопов на морском дне в 2021 году. Они не образовались обычным образом на Земле или во время рождения Солнечной системы около 4,5 миллиардов лет назад. Они должны были прийти откуда-то еще.

Получение элементов оттуда сюда

Чтобы полученный «звездный материал» оказался в любом мире в любой звездной системе, должна быть согласованная служба доставки по всей галактике.

Эта концепция заинтриговала доктора Чиаки Кобаяски из Университета Хартфордшира, который сказал: «Я много лет работал над происхождением стабильных элементов в периодической таблице, но я очень рад получить в этой статье результаты по радиоактивным изотопам.

Их количество можно измерить с помощью гамма-телескопов в космосе, а также путем раскопок камней под землей».

По словам руководителя исследования Бенджамина Вемейера, скалы, на которые ссылается Кобаяши, появились в результате подводных исследований земных океанов.

Они создали компьютерные модели, показывающие, что почти непрерывные ударные волны сверхновых могут быть жизнеспособным транспортным механизмом для доставки этих элементов на Землю (или другие планеты). «Наши коллеги выкопали образцы горных пород со дна океана, растворили их, поместили в ускоритель и слой за слоем исследовали изменения в их составе», — сказал он.

«Используя наши компьютерные модели, мы смогли интерпретировать их данные, чтобы выяснить, как именно атомы перемещаются по всей Галактике».

Усилия по моделированию показывают, что изотопы могут распространяться через большие области галактики через ударные волны сверхновых. Эти фронты собирают коллекции элементов с разных сайтов.

Последствия для экзопланет

Понимание этого процесса доставки особенно важно, поскольку астрономы начинают крупномасштабные исследования экзопланет, на которых может быть возможна жизнь.

Знание того, как они получили свой химический состав, — большой шаг к пониманию возможностей жизни.

«Это очень важный шаг вперед, поскольку он показывает нам не только то, как изотопы распространяются по Галактике, но и то, как их становится много на экзопланетах, то есть на планетах за пределами нашей Солнечной системы», — сказал Вемейер.

«Это чрезвычайно интересно, поскольку содержание изотопов является сильным фактором, определяющим, способна ли экзопланета удерживать жидкую воду, что является ключом к жизни.

В будущем это может помочь определить регионы нашей Галактики, где мы могли бы найти пригодные для жизни экзопланеты».

Написано Кэролин Коллинз Петерсен.