„Tai atsakymas į vieną iš šimtmečio klausimų.“ Mano išsiaiškinę, kur atsirado seniausias Visatoje auksas

Naujame tyrime mokslininkai atskleidė, kad galingi žybsniai, kylantys iš neutroninių žvaigždžių, turinčių stiprų magnetinį lauką, vadinamų magnetarais, galėjo pradėti „gaminti“ auksą netrukus po Didžiojo sprogimo – gerokai anksčiau, nei manyta anksčiau. Tyrėjai savo išvadas aprašė antradienį (balandžio 29 d.) žurnale „The Astrophysical Journal Letters“ paskelbtame tyrime. 

Mokslininkus jau seniai glumina milžiniškų Visatos aukso kiekių kilmė. Mokslininkai jau žinojo, kad suirusios žvaigždės ir juodosios skylės išsiskiria sunkiuosius metalus, tačiau 2017 m. astronomai pirmą kartą istorijoje stebėjo dviejų itin tankių žvaigždžių „lavonų“, vadinamų neutroninėmis žvaigždėmis, susijungimą. Kataklizminis susidūrimas, įvykęs už 130 mln. šviesmečių, paskleidė šviesos blyksnį, kuriame buvo sunkiųjų metalų, įskaitant platiną ir stulbinančius aukso kiekius, požymių. 

Nors 2017 m. įvykis paaiškino dalį aukso kiekio Visatoje, jis negalėjo paaiškinti, kaip auksas ir sunkieji metalai susiformavo Visatos pradžioje – nes nebuvo praėję pakankamai laiko, kad įvyktų neutroninių žvaigždžių susijungimas. 

Dabar mokslininkai mano, kad pagaliau gali paaiškinti, kaip auksas ir kiti sunkieji elementai pirmą kartą atsirado ir pasiskirstė kosmose. 

„Tai atsakymas į vieną iš šimtmečio klausimų“, – teigia tyrimo bendraautorius, Luizianos universiteto fizikos ir astronomijos docentas Ericas Burnsas. 

Suformuoti „ekstremalių sprogimų“

Magnetarai egzistuoja nuo pat Visatos atsiradimo pradžios, o tyrimo autoriai apskaičiavo, kad šios struktūros galėjo sukurti iki 10 proc. visų elementų, sunkesnių už geležį, esančių Paukščių Take. 

Tyrėjai, ieškodami paslėpto Visatos aukso ir sunkiųjų metalų šaltinio, pasinaudojo 20 metų senumo duomenimis, gautais iš NASA ir Europos kosmoso agentūros (ESA) teleskopų. Paieškas jie susiaurino iki magnetarų – remdamiesi 2024 m. atlikto tyrimo rezultatais, kuriame nustatyta, kad magnetarų milžiniški žybsniai – radiacijos pliūpsniai, išsiskiriantys per „žvaigždžių drebėjimus“ – gali išmesti medžiagas, įskaitant sunkiuosius metalus, iš neutroninių žvaigždžių plutos į kosmosą. 

Paskutinis magnetarų milžiniškas žybsnis iš Žemės stebėtas 2004 m. Tuo metu mokslininkai pastebėjo nedidelį gama spindulių signalą iš žybsnio – „bet niekas nesuprato, kas tai galėtų būti“, sako E. Burnsas. 

Pasirodo, šis nedidelis signalas atrodo kaip signalai, kokius mokslininkai tikėjosi pamatyti, jei magnetaras tikrai būtų sukūręs ir išmetęs sunkiuosius metalus milžiniško žybsnio metu. 

Pasak tyrėjų, milžiniški magnetarų žybsniai paskleidžia milžinišką kiekį didelės energijos spinduliuotės, kuri gali būti raktas į aukso ir kitų už geležį sunkesnių elementų kūrimą. Konkrečiai, naujojo tyrimo autoriai mano, kad itin didelis neutronų tankis milžiniškame žybsnyje galėtų lengvus atomų branduolius paversti daug sunkesniais, vienu metu viename atome sukeldamas kelias branduolių skilimo reakcijas.

Atomai turi protonus ir neutronus, kurie atitinkamai lemia elemento tapatybę ir masę. Vandenilis yra paprasčiausias periodinės elementų lentelės atomas, nes turi tik vieną protoną. Antras pagal sudėtingumą elementas – helis – turi du protonus, litis – tris ir t. t. 

Tam tikromis sąlygomis atomai gali sugerti papildomą neutroną, kuris padidina atomo masę, destabilizuoja jį ir sukelia branduolio skilimo reakciją, kurios metu šis neutronas virsta protonu. Kai tai įvyksta, neutroną sugėręs atomas turi papildomą protoną, todėl pasikeičia jo tapatybė ir jis pakyla periodinėje lentelėje. Vandenilis tampa heliu, helis – ličiu ir t. t.

Pasak tyrėjų, milžiniškuose žybsniuose vyksta itin intensyvi šio proceso versija, nes dėl didžiulio neutronų tankio atomai gali absorbuoti kelis neutronus vienu metu. Taigi, palyginti lengvas atomas gali staiga virsti daug sunkesniu, todėl greitai susidaro sunkieji metalai, įskaitant auksą. 

„Labai [smagu] pagalvoti, kad kai kurios mano telefone ar nešiojamajame kompiuteryje esančios medžiagos susidarė šio ekstremalaus sprogimo metu, – sako pagrindinis tyrimo autorius ir Kolumbijos universiteto Niujorke astrofizikos doktorantas Anirudhas Patelas. 

Kitas tyrėjų žingsnis – ieškoti tolesnių užuominų senesniuose magnetarų milžiniškų žybsnių duomenyse. NASA Comptono spektrometro ir vaizdo matuoklio (Compton Spectrometer and Imager, COSI) misija taip pat stebės rezultatus – kai tik startuos, o tai turėtų įvykti 2027 m. COSI yra plataus lauko gama spindulių teleskopas, kuris tirs energinius reiškinius kosmose, įskaitant magnetarų milžiniškus žybsnius, rašo „Live Science“.