Древние звезды могли создать неизвестные науке сверхтяжелые элементы

Ученые обнаружили намеки на существование мира новых элементов за пределами таблицы Менделеева. Новое исследование показало, что древние звезды могли производить чрезвычайно тяжелые элементы, которые остаются неизвестными науке.

Богатым разнообразием элементов во Вселенной мы обязаны звездам. Эти космические фабрики берут элементы из окружающей среды и соединяют их вместе, чтобы производить новые, а когда звезды в конце концов умирают, они распространяют плоды своего труда по всей Вселенной. Это дает следующему поколению звезд более совершенный материал, позволяющий им производить все более тяжелые элементы.

Но каков предел этого процесса и насколько тяжелым может стать элемент? Эти вопросы были в центре внимания нового исследования.

Элементы бывают тяжелее или легче в зависимости от их атомной массы, которая определяется как количество протонов и нейтронов в ядре одного атома этого элемента.

Самый тяжелый элемент, встречающийся в природе в значимых количествах, — это уран с атомной массой 238 единиц (массовое число атомного ядра). Но новое исследование обнаружило доказательства наличия в звездах загадочных элементов с атомной массой более 260 ед.

Самые тяжелые элементы производятся в ходе так называемого r-процесса, который может происходить только в экстремальных условиях нейтронных звезд. По сути, атомное ядро, плавающее в звезде, за доли секунды наполняется нейтронами, прежде чем некоторые из этих нейтронов преобразуются в протоны. В результате образуется атом тяжелого элемента, такого как платина или уран.

«R-процесс необходим, если вы хотите получить элементы, которые тяжелее, скажем, свинца и висмута», — сказал Ян Рёдерер, ведущий автор исследования. «Вам нужно очень быстро добавить много нейтронов, но загвоздка в том, что для этого вам нужно много энергии и много нейтронов. И лучшее место, где можно найти и то, и другое, — это рождение или смерть нейтронной звезды или когда нейтронные звезды сталкиваются и производят сырье для процесса».

Команда исследователей изучила состав 42 хорошо известных звезд Млечного Пути, которые содержат тяжелые элементы, образовавшиеся в более ранних поколениях звезд. Но вместо того, чтобы рассматривать каждую звезду индивидуально, исследователи изучили содержание элементов коллективно в группе и выявили закономерности, которые ранее были упущены.

Определенные элементы, в том числе рутений, родий, палладий и серебро, были обнаружены в этих звездах в изобилии, но элементы, расположенные рядом с ними в таблице Менделеева, не имели таких же корреляций.

Подобное, по словам ученых, является свидетельством того, что такие элементы образовались в результате распада гораздо более тяжелых элементов. Исследователи подсчитали, что исходные тяжелые элементы имели атомную массу не менее 260 единиц.

«Цифра 260 интересна тем, что ранее мы не обнаруживали ничего настолько тяжелого ни в космосе, ни на Земле, даже при испытаниях ядерного оружия», — сказал Ян Рёдерер. «Но наблюдение за ними в космосе может дать нам представление о том, как возникло такое богатое разнообразие элементов».

Ученые уже давно предполагают, что за пределами таблицы Менделеева, вероятно, существуют и другие элементы, но их атомные массы делают их нестабильными, поэтому они быстро распадаются на более легкие элементы.

Это делает их поиск и изучение чрезвычайно сложными — самый тяжелый из известных элементов, оганессон, имеет атомную массу 294 ед., и только пять его атомов когда-либо были получены в лаборатории.

Исследование было опубликовано в журнале Science.