Открыт новый сценарий образования тяжёлых элементов
Учёные предложили новый сценарий нуклеосинтеза быстрого процесса захвата нейтронов (r-процесс) в сверхновых с общей оболочкой (CEJSNe), который проливает новый свет на происхождение элементов, особенно за пределами лантаноидов.
Лантаноиды — это группа химических элементов с атомными номерами от 57 (лантан) до 71 (лютеций), также известных как «редкоземельные элементы». Они имеют высокую плотность, температуру плавления и кипения, а также высокую химическую активность. Лантаноиды широко используются в электронике, металлургии, химии и медицине, и являются элементами, которые образуются в результате r-процесса нуклеосинтеза в сверхновых.
Исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal, показывает, что CEJSNe может производить самые распространённые элементы тяжелее лантаноидов среди текущих сценариев r-процесса. Учёные обнаружили антикорреляцию между CEJSNe и другими моделями r-процесса, что означает, что обильные лантаноиды и более тяжёлые элементы не могут быть получены в одном событии.
Происхождение элементов тяжелее железа является одним из ключевых вопросов в физическом сообществе. Термоядерный синтез в звёздах производит элементы вплоть до железа, в то время как более тяжёлые элементы не могут быть получены из-за кулоновского отталкивания. Однако взрывная среда может обеспечить достаточную температуру и плотность для их образования. Считается, что r-процесс, происходящий в такой среде, производит около половины элементов тяжелее железа.
В 2017 году открытие гравитационной волны и её послесвечения события слияния нейтронных звёзд GW081708 подтвердило наличие r-процесса. Однако последующие исследования поставили под сомнение тот факт, что слияние нейтронных звёзд является единственным местом r-процесса, поскольку обилие лантаноидов, образующихся в результате слияния нейтронных звёзд, значительно меньше того, что наблюдается в звёздах с низким содержанием металлов.
Поэтому, считают учёные, роли других объектов, таких как коллапсары и магнитогидродинамические сверхновые, должны быть незаменимы в r-процессе.
Доктор Цзинь Шилун из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук (CAS) и его коллега из Техниона (Израиль), впервые представили особенности r-процесса на объекте CEJSNe. CEJSNe относится к нейтронной звезде, остатку сверхновой и красному сверхгиганту из поздней фазы массивной двойной системы. Красный сверхгигант расширяется и поглощает нейтронную звезду, которая закручивается по спирали внутри оболочки красного сверхгиганта, а затем внутри его ядра. После попадания в ядро нейтронная звезда аккрецирует массу через аккреционный диск с очень высокой скоростью, а энергичные и плотные струи, которые при этом образуются, могут обеспечить надлежащие условия для r-процесса нуклеосинтеза.
«Это открытие означает, что обильные лантаноиды и более тяжёлые элементы не могут быть получены в одном событии, что было бы важнейшей особенностью для дальнейшего исследования r-процесса. CEJSNe также имеет решающее значение для объяснения характеристик r-усиленных бедных металлами звезд», — сказал доктор Джин.
Эта работа прокладывает новый путь к лучшему пониманию в r-процессов, и служит руководством для экспериментаторов при проведении различных измерений. Поскольку экзотические изотопы из установки высокоинтенсивного ускорителя (HIAF) скоро станут доступны в Китае, ожидается, что будут раскрыты ключевые ядерные свойства, имеющие отношение к r-процессу в CEJSNe.