We wszechświecie jest za dużo złota. Nikt nie wie, skąd się wziął.

Ilustracja przedstawia zderzenie dwóch gwiazd neutronowych. Naukowcy sugerowali, że takie zderzenia mogły wypełnić nasz Układ Słoneczny złotem, ale nowe badania podają w wątpliwość to twierdzenie. (Źródło zdjęcia: NASA/Swift/Dana Berry)

Coś pada złotem na cały wszechświat. Ale nikt nie wie, co to jest.

Oto problem: Złoto jest pierwiastkiem , co oznacza, że ​​nie można go wytworzyć poprzez zwykłe reakcje chemiczne — chociaż alchemicy próbowali tego przez wieki. Aby stworzyć błyszczący metal, trzeba związać ze sobą 79 protonów i 118 neutronów, tworząc pojedyncze jądro atomowe . To intensywna reakcja syntezy jądrowej . Ale tak intensywna fuzja nie zdarza się wystarczająco często, przynajmniej nie w pobliżu, aby stworzyć gigantyczną skarbnicę złota, którą znajdujemy na   Ziemi i innych częściach Układu Słonecznego. A nowe badanie wykazało, że najbardziej rozpowszechnione teoretyczne pochodzenie złota – zderzenia między gwiazdami neutronowymi – również nie może wyjaśnić obfitości złota. Skąd więc złoto? Istnieje kilka innych możliwości, w tym supernowe tak intensywne, że wywracają gwiazdę na lewą stronę. Niestety, nawet tak dziwne zjawiska nie są w stanie wyjaśnić, jak wyblakły jest wszechświat lokalny, wynika z nowego badania.

Zderzenia gwiazd neutronowych budują złoto poprzez krótkie rozbijanie protonów i neutronów w jądra atomowe, a następnie wypluwanie tych nowo związanych ciężkich jąder w przestrzeń. Zwykłe supernowe nie mogą wyjaśnić istnienia złota we wszechświecie, ponieważ gwiazdy wystarczająco
masywne, by stopić złoto, zanim umrą – co jest rzadkie – po eksplozji stają się czarnymi dziurami – powiedział Chiaki Kobayashi, astrofizyk z University of Hertfordshire w Wielkiej Brytanii i kierownik autor nowego badania. A w zwykłej supernowej to złoto zostaje wessane do czarnej dziury. 

A co z tymi dziwniejszymi, obracającymi się gwiazdami supernowymi? Ten rodzaj eksplozji gwiazdy, tak zwana supernowa magneto-rotacyjna, jest „bardzo rzadką supernową, wirującą bardzo szybko” – powiedział Kobayashi dla Live Science.

Podczas magneto-rotacyjnej supernowej umierająca gwiazda obraca się tak szybko i jest niszczona przez tak silne pole magnetyczne, że podczas eksplozji wywraca się na drugą stronę. Gdy umiera, gwiazda wystrzeliwuje w przestrzeń rozpalone do białości dżety materii. A ponieważ gwiazda została
wywrócona na lewą stronę, jej dżety są wypełnione złotymi jądrami. Gwiazdy, które w ogóle stapiają złoto, są rzadkie. Gwiazdy, które stapiają złoto, a następnie wyrzucają je w przestrzeń kosmiczną w taki sposób, są jeszcze rzadsze.

Ale nawet gwiazdy neutronowe i supernowe magneto-rotacyjne razem nie mogą wyjaśnić ziemskiej bonanzy złota, odkryli Kobayashi i jej koledzy.

„To pytanie składa się z dwóch etapów” – powiedziała. „Po pierwsze: zderzenia gwiazd neutronowych nie wystarczą. Po drugie: nawet przy drugim źródle wciąż nie możemy wyjaśnić obserwowanej ilości złota”.

Powiedziała, że ​​wcześniejsze badania miały rację, że zderzenia gwiazd neutronowych uwalniają deszcz złota. Ale te badania nie uwzględniały rzadkości tych kolizji. Trudno dokładnie oszacować, jak często maleńkie gwiazdy neutronowe – będące ultragęstymi pozostałościami starożytnych supernowych – zderzają się ze sobą. Ale z pewnością nie jest to bardzo powszechne: naukowcy widzieli to tylko raz. Nawet przybliżone szacunki pokazują, że nie zderzają się one wystarczająco często, aby wyprodukować całe złoto znalezione w Układzie Słonecznym, odkryli Kobayashi i jej współautorzy.

„To pytanie składa się z dwóch etapów” – powiedziała. „Po pierwsze: zderzenia gwiazd neutronowych nie wystarczą. Po drugie: nawet przy drugim źródle wciąż nie możemy wyjaśnić obserwowanej ilości złota”.

Powiedziała, że ​​wcześniejsze badania miały rację, że zderzenia gwiazd neutronowych uwalniają deszcz złota. Ale te badania nie uwzględniały rzadkości tych kolizji. Trudno dokładnie oszacować, jak często maleńkie gwiazdy neutronowe – będące ultragęstymi pozostałościami starożytnych supernowych – zderzają się ze sobą. Ale z pewnością nie jest to bardzo powszechne: naukowcy widzieli to tylko raz. Nawet przybliżone szacunki pokazują, że nie zderzają się one wystarczająco często, aby wyprodukować całe złoto znalezione w Układzie Słonecznym, odkryli Kobayashi i jej współautorzy.

„Ten artykuł nie jest pierwszym, który sugeruje, że zderzenia gwiazd neutronowych nie wystarczają do wyjaśnienia obfitości złota” – powiedział Ian Roederer, astrofizyk z University of Michigan, który szuka śladów rzadkich pierwiastków w odległych gwiazdach.

Ale nowa praca Kobayashi i jej kolegów, opublikowana 15 września w  The Astrophysical Journal  , ma jedną wielką zaletę: jest niezwykle dokładna, powiedział Roederer. Naukowcy przelali mnóstwo danych i podłączyli je do solidnych modeli ewolucji galaktyki i produkcji nowych substancji chemicznych.

„Artykuł zawiera odniesienia do 341 innych publikacji, czyli około trzy razy więcej odniesień niż typowe artykuły w The Astrophysical Journal w dzisiejszych czasach” – powiedział Roederer dla Live Science.

Zebranie wszystkich tych danych razem w użyteczny sposób, powiedział, jest równoznaczne z „herkulesowym wysiłkiem”.

Wykorzystując to podejście, autorzy byli w stanie wyjaśnić powstawanie atomów tak lekkich jak węgiel -12 (sześć protonów i sześć neutronów) oraz ciężkich jak uran -238 (92 protony i 146 neutronów). To imponujący zakres, powiedział Roederer, obejmujący elementy, które zwykle są ignorowane w tego typu badaniach. 

Przede wszystkim matematyka się udała.

Na przykład zderzenia gwiazd neutronowych w ich modelu wytworzyły stront. To odpowiada obserwacjom strontu w kosmosie po jednym zderzeniu gwiazdy neutronowej, które naukowcy bezpośrednio zaobserwowali.

Magneto-rotacyjne supernowe rzeczywiście wyjaśniały obecność europu/ Liczba atomowa: 63 Symbol atomowy: Ue Masa atomowa: 151,964 Temperatura topnienia: 1512 F (822 C) Temperatura wrzenia: 2784 F (1529 C)/ w ich modelu, innego atomu, którego wyjaśnienie w przeszłości okazało się trudne.

Ale złoto pozostaje zagadką.

Coś, o czym naukowcy nie wiedzą, musi wytwarzać złoto, powiedział Kobayashi. Możliwe też, że zderzenia gwiazd neutronowych wytwarzają znacznie więcej złota, niż sugerują istniejące modele. W obu przypadkach astrofizycy wciąż mają wiele do zrobienia, zanim będą w stanie wyjaśnić, skąd
wzięły się wszystkie te fantazyjne błyskotki.