Moment „Eureka” fizyka z jego dziećmi mógł ujawnić pochodzenie złota

Wybuchy gamma Ray, najpotężniejsze rodzaje eksplozji znanych w kosmosie, mogą pomóc w dostarczeniu zagadki w odniesieniu do jednego z najtrudniejszych otwartych problemów we wszystkich fizykach – w jaki sposób wykute są najcięższe elementy wszechświata.

Wyniki nowego badania sugerują, że niezwykle potężne światło Wybuchy gamma Ray Może pomóc w tworzeniu elementów takich jak złoto z zewnętrznych warstw umierających gwiazd.

Wyniki zostały przedstawione w artykule niedawno opublikowanym w The Astrophysical Journal.

Wcześniej dochodzenie sugerowało, że utworzenie cięższe elementypodobnie jak złoto, wymaga Obfite ilości neutronów że jądra atomowe mogą pochłaniać się, aby stać się rosną.

Ale z tego powodu naukowcy zakładali, że utworzono ciężkie elementy Tylko w miejscach, w których istniały neutrony W dużych ilościach, wyjaśnia Matthew Mumpowerfizyk z National Laboratory of Los Alamos, w Nowym Meksyku i głównego autora badania.

Normalnie, Neutrony są powiązane z jądrami atomowymi lub do sprawy, która stanowi wyjątkowo potężne gwiazdy, więc -znane gwiazdy neutronów.

Reakcje jądrowe, takie jak rozszczepienie lub fuzja, mogą uwalniać neutrony z ich wezwań, aby pomóc w generowaniu ciężkich elementów. „Jednak wolne neutrony normalnie zdecyduj za około 15 minut„Szczegółowo szczegółowo Mumpower.

Ogranicza to liczbę potencjalnych sytuacji, w których wolne neutrony są dostępne w obfitości niezbędnej do utworzenia ciężkich elementów Niektóre rzadkie scenariusze.

Jednym z tych scenariuszy jest katastroficzne fuzję dwóch gwiazd neutronów. „Przez 20 lat studiuję pochodzenie ciężkich elementów”, mówi Mummpower. „To sprawia, że ​​się trzymam, ponieważ istnieje wiele niewiadomych, co czyni go jednym z problemów trudniej rozwiązać we wszystkich fizykach. „

Teraz MomPower i jego koledzy sugerują nowy sposób wykuwania ciężkich elementów: potężne fotony lub cząsteczki światła, eksplozje promienia gamma Mogą Pomóż generować neutrony.

„Jeśli mamy fotony energetyczne, wytwarzamy neutrony A jeśli mamy neutrony, możemy ciężkie elementy„Mówi Mummpower.

Ten nowy scenariusz przewiduje śmierć ogromnej gwiazdy Kiedy paliwo się skończy. Bez energii potrzebnej do przeciwdziałania impulsowi jego ogromnego nasilenia rdzeń gwiazdy upada, tworząc czarną dziurę.

Ta katastrofalna śmierć może rzucić impulsy promieniowania niesamowicie silny – Wybuchy gamma Ray.

Gwiazdy obracają się, w tym nasze słońce, a jeśli czarna dziura wyprodukowana przez umierającą gwiazdę obróć wystarczającą depresjęA, może rzucić potężny strumień i generować fotony o wysokiej energii w głębinach odrzutowca. Ten odrzutowiec zderzy się w zewnętrznej warstwie umierającej gwiazdy, Tworzenie gorącego kokonu materiału.

W tym gorącym kokonie naukowcy sugerują, że fotony o wysokiej energii odrzutowca mogą oddziaływać z jądrami atomowymiprzenoszenie protonów na neutrony niezwykle szybko – w kolejności nanosekund.

Według zespołu fotony energetyczne mogą również złamać jądra atomowe, Tworzenie bezpłatnych neutronów. Wszystkie te neutrony mogą pomóc w przygotowaniu ciężkich elementów.

„Inspiracja do tego badania pochodzi z rozmów z moimi dziećmi„Disse Mumpower.”Uwielbiają oglądać wolne filmy z kamer Na YouTube i jednej nocy podczas pandemii zobaczyliśmy niesamowite wideo o dojazdach do towarów przekraczających ogromny śnieg. Śnieg po prostu zniknął „Zostało wysadzone na bok i owinęło pociąg”.

„A jeśli ten pociąg reprezentował astrofizyczny odrzutowiec pełne fotonów o wysokiej energii, A śnieg reprezentował gwiazdę do zniszczeniaTworzenie gorącego kokonu materiału zdolnego do generowania neutronów? ”Mummpower pamięta, że ​​pomyślał.„ Ta analogia stał się moją chwilą „eureka”uruchomienie tego dochodzenia ”.

Ten nowo odkryty mechanizm może Wyjaśnij dziwne odkrycia Wcześniej, takie jak fakt niektórych materiałów radioaktywnych, takich jak żelazo-60 i Plutonio-244, pojawiają się razem w osadach morza głęboko od ziemi.

Wcześniejsze prace sugerowały pochodzenie pozaziemskie dla tych substancji, ale fuzje gwiazd neutronowych, jeden z głównych mechanizmów znanych z tworzenia ciężkich elementów, Nie mogą łatwo wyjaśnić Te materiały.

Wyniki te mogą również wyjaśniać najnowszy – widoczny i podczerwieni blask światła – związany z długoterminowymi eksplozjami gamma.

Poprzednie badania związane z Kilonovas z zderzenie dwóch gwiazd neutronów lub w Fuzja gwiazdy neutronowej z czarną dziurąnie do upadku gwiazd.

Mupower oczekuje, że przyszłe obserwacje dostarczy wyraźnych dowodów na poparcie nowych odkryć zespołu. Na przykład seria teleskopów zdolnych do wykrywania światła, neutrin i fal grawitacyjnych może podążać za sposobem, w jaki gwiazda zawalenia może wygenerować wybuch promieni gamma i Kilonova.

„Ta informacja zapewniłaby nam niepodważalne dowody mechanizmu fizycznego proponowany – mówi.