Откуда в известной Вселенной столько золота?

Во Вселенной слишком много золота или, по крайней мере, в районе, где мы живем. Возможно, это не проблема, потому что мы очень ценим золото. Дело в том, что никто не знает, откуда он взялся. И это интригует ученых.

Поскольку Земля была расплавлена ​​в то время, когда она была сформирована, почти все имевшееся на нашей планете золото в то время наверняка погрузилось в ядро ​​планеты. Поэтому предполагается, что большая часть золота, найденного в земная кора а мантия была доставлена ​​на Землю позже, в результате ударов астероидов во время поздней тяжелой бомбардировки, около 4 миллиардов лет назад.

На przykład месторождения золота в бассейне Витватерсранд в Южной Африке, самый богатый ресурс из известных золото на Земле, атрибут. Однако этот сценарий в настоящее время подвергается сомнению. Золотоносные породы Витватерсранда (1) были сложены между 700 и 950 миллионами лет до удара метеориту Вредефорта. В любом случае, вероятно, это было еще одно внешнее воздействие. Даже если мы предположим, что золото, которое мы находим в раковинах, исходит изнутри, оно также должно было появиться откуда-то изнутри.

1. Золотоносные породы бассейна Витватерсранд в Южной Африке.

Так откуда изначально все наше золото и не наше? Существует несколько других теорий, связанных со взрывами сверхновых, настолько сильными, что звезды опрокидываются. К сожалению, даже такие странные явления не объясняют проблему.

что означает, что это невозможно сделать, хотя алхимики пытались много лет назад. Получить блестящий металлсемьдесят девять протонов и от 90 до 126 нейтронов должны быть связаны вместе, чтобы сформировать однородное атомное ядро. Это . Такое слияние происходит недостаточно часто или, по крайней мере, не в наших ближайших космических окрестностях, чтобы объяснить это. гигантское богатство золотакоторые мы находим на Земле и в. Новые исследования показали, что самые распространенные теории происхождения золота, т.е. столкновения нейтронных звезд (2), также не дают исчерпывающего ответа на вопрос о его содержании.

Золото упадет в черную дыру

Теперь известно, что самые тяжелые элементы образуются, когда ядра атомов в звездах захватывают молекулы, называемые нейтронами. Для большинства старых звезд, в том числе обнаруженных в карликовые галактики из этого исследования процесс происходит быстро и поэтому называется «r-процессом», где «r» означает «быстрый». Есть два выделенных места, где теоретически происходит процесс. Первый потенциальный очаг — взрыв сверхновой, создающий большие магнитные поля — магнитовращательная сверхновая. Второй — присоединение или столкновение две нейтронные звезды.

Посмотреть на производство тяжелые элементы в галактиках в целом ученые Калифорнийского технологического института за последние годы изучили несколько ближайшие карликовые галактики от телескоп Кека расположен на Мауна-Кеа, Гавайи. Они хотели увидеть, когда и как образовались самые тяжелые элементы в галактиках. Результаты этих исследований дают новые доказательства тезиса о том, что доминирующие источники процессов в карликовых галактиках возникают в относительно длительных временных масштабах. Это означает, что тяжелые элементы были созданы позже в истории Вселенной. Поскольку магнитовращательные сверхновые считаются явлением более ранней Вселенной, отставание в производстве тяжелых элементов указывает на столкновения нейтронных звезд как на их основной источник.

Спектроскопические признаки тяжелых элементов, включая золото, наблюдались в августе 2017 года электромагнитными обсерваториями в событии слияния нейтронных звезд GW170817 после того, как это событие было подтверждено как слияние нейтронных звезд. Текущие астрофизические модели предполагают, что одно событие слияния нейтронных звезд генерирует от 3 до 13 масс золота. больше, чем все золото Земли.

Столкновения нейтронных звезд создают золото, потому что они объединяют протоны и нейтроны в атомные ядра, а затем выбрасывают получившиеся тяжелые ядра в космическое пространство. Подобные процессы, которые вдобавок обеспечили бы нужное количество золота, могли происходить при взрывах сверхновых. «Но звезды, достаточно массивные, чтобы произвести золото при таком извержении, превращаются в черные дыры», — объяснил LiveScience Чиаки Кобаяши (3), астрофизик из Университета Хартфордшира в Великобритании и ведущий автор последнего исследования по этому вопросу. Итак, в обычной сверхновой золото, даже если оно образуется, засасывается в черную дыру.

3. Чиаки Кобаяши из Университета Хартфордшира

А как насчет этих странных сверхновых звезд? Этот тип взрыва звезды, так называемый сверхновая магниторотационная, очень редкая сверхновая. Умирающая звезда он так быстро вращается в нем и окружен им сильное магнитное полечто он перевернулся сам по себе, когда взорвался. Когда она умирает, звезда выпускает в космос белые горячие струи материи. Поскольку звезда вывернута наизнанку, ее струи полны золотых ядер. Уже сейчас звезды, из которых состоит золото, представляют собой редкое явление. Еще реже встречаются звезды, создающие золото и запускающие его в космос.

Однако, по мнению исследователей, даже столкновение нейтронных звезд и магнитовращательных сверхновых не объясняет, откуда взялось такое изобилие золота на нашей планете. «Слияния нейтронных звезд недостаточно», — говорит он. Кобаяси. «И, к сожалению, даже с добавлением этого второго потенциального источника золота этот расчет неверен».

Трудно точно определить, как часто крошечные нейтронные звезды, которые представляют собой очень плотные остатки древних сверхновых, сталкиваются друг с другом. Но это, вероятно, не очень распространено. Ученые наблюдали это только один раз. Оценки показывают, что они не сталкиваются достаточно часто, чтобы произвести найденное золото. Таковы выводы дамы Кобаяси и его коллег, которые они опубликовали в сентябре 2020 года в журнале «The Astrophysical Journal». Это не первые подобные выводы ученых, но его команда собрала рекордное количество данных исследований.

Интересно, что авторы довольно подробно объясняют количество более легких элементов, встречающихся во Вселенной, например углерод ¹²C, а также тяжелее золота, например урана ²³⁸U. В их моделях можно объяснить количества такого элемента, как стронций, — столкновением нейтронных звезд, а европия — активностью магнитовращательных сверхновых. Это были элементы, которые раньше вызывали у ученых затруднения при объяснении пропорций их встречаемости в космосе, но золото, точнее, его количество, до сих пор остается загадкой.