В космосе обнаружено "невероятно глубокое" свидетельство ядерного деления
Новое исследование открыло новую часть этой космической головоломки, указывая на роль ядерного деления в создании тяжелых элементов во всей Вселенной.
На протяжении десятилетий ученые были заинтригованы происхождением элементов тяжелее железа в периодической таблице. Преобладающая теория предполагала, что эти элементы рождаются в результате катаклизмов, происходящих в звездах, таких как сверхновые или слияние нейтронных звезд. Однако недавние исследования старых звезд выявили интригующие данные, указывающие на присутствие ядерного деления во Вселенной.
Мэтью Мампауэр, физик-теоретик из Лос-Аламосской национальной лаборатории, подчеркивает новизну этого открытия. "Люди считали, что деление происходит в космосе, но до сих пор никто не мог этого доказать", - заявил Мампауэр. Его исследование показывает, что сверхтяжелые ядра, выходящие за рамки самых тяжелых из известных элементов, могут быть получены естественным путем.
Роль ядерного деления в образовании элементов
Исследователи заметили положительную корреляцию между легкими точными металлами, такими как серебро, и редкоземельными ядрами, такими как европий, у разных звезд. "Единственный правдоподобный способ, которым это может происходить между разными звездами, - это последовательный процесс образования тяжелых элементов", - объясняет Мампауэр. После всесторонней проверки единственным приемлемым объяснением этой тенденции оказалось деление.
"Это невероятно глубокое открытие - первое свидетельство того, что деление действует в космосе, и подтверждает теорию, предложенную нами несколько лет назад", - заявил Мампауэр.
Наблюдения свидетельствуют о возможности существования элементов с атомной массой 260, более тяжелых, чем все существующие в настоящее время в периодической таблице. Эти выводы сделаны на основе моделей деления, разработанных Мампауэром, и наблюдений, проведенных Яном Родерером из Университета штата Северная Каролина.
Традиционно астрофизики считали, что тяжелые элементы за пределами железа образуются в сверхновых или при слиянии нейтронных звезд. В этих процессах участвует процесс быстрого захвата нейтронов, или r-процесс, когда атомные ядра захватывают нейтроны, образуя более тяжелые элементы. Возможность того, что эти элементы делятся, распадаясь на более легкие элементы с выделением энергии, до сих пор оставалась загадкой.
Наблюдательные доказательства ядерного деления
В работе, опубликованной в 2020 году, Мампауэр впервые предсказал распределение осколков деления для ядер r-процесса. В последующем исследовании было предсказано совместное производство легких прецизионных металлов и редкоземельных ядер. Проведенный Родерером анализ данных по 42 звездам обнаружил точную корреляцию, которая была предсказана, что дает четкое представление о делении при создании этих элементов.
"Корреляция очень устойчива в звездах с усиленным r-процессом, по которым у нас достаточно данных", - отметил Мампауэр. Он пояснил, что создание атома серебра пропорционально связано с производством более тяжелых редкоземельных ядер. "Мы показали, что за это может отвечать только один механизм - деление", - добавил он.
Мампауэр подчеркнул значение моделей ядерного деления, разработанных в Лос-Аламосе и изначально предназначавшихся для исследования оружия. Эти модели доказали свою эффективность в интерпретации экспериментальных данных и заполнении пробелов, где отсутствуют измерения. После прекращения испытаний ядерного оружия в США в 1992 году экспериментальные данные по делению ограничены, что делает эти модели еще более важными.
Новая глава в астрофизике
Подводя итог, можно сказать, что данное исследование открывает новую главу в нашем понимании Вселенной и образования тяжелых элементов. Оно подтверждает наличие деления в космических процессах, а также намекает на существование элементов за пределами наших нынешних знаний.
Пока Мампауэр и его команда продолжают разгадывать тайны космоса, мы помним о постоянно развивающейся природе научных открытий и их способности бросать вызов и уточнять наше понимание Вселенной.
Полная версия исследования была опубликована в журнале Science.
