Ученые давно полагаются на присутствие долгоживущих радиоактивных изотопов в океанских отложениях как на индикаторы активности близлежащих сверхновых. Однако недавнее исследование, опубликованное в журнале The Astrophysical Journal Letters, предполагает, что в некоторых случаях в дело вступает нечто более экзотическое. Это новаторское исследование проливает свет на происхождение таких тяжелых элементов, как железо и плутоний, и указывает на возможность слияния нейтронных звезд как значимого источника.
В течение своей жизни звезды превращают водород в гелий, что в конечном итоге приводит к образованию других легких элементов, таких как кислород и углерод. Однако для производства более тяжелых элементов требуется смерть звезды. Сверхновые традиционно считались основным источником тяжелых элементов, рассеивая их по обширным областям космоса для включения в состав формирующихся планет. Однако теперь ученые понимают, что некоторые тяжелые элементы образуются в больших количествах во время еще более редких событий, в частности слияния нейтронных звезд, известных как килоновые.
Обычное железо не радиоактивно, но некоторые изотопы, например Fe-60, подвергаются медленному радиоактивному распаду с периодом полураспада 2,6 миллиона лет. Следы Fe-60, обнаруженные в осадочных породах, часто приписывают близлежащим сверхновым, которые произошли миллиарды лет назад. Однако обнаружение плутония-244 представляет собой более серьезную проблему. Плутоний - это актинидный элемент, который, как считается, синтезируется в редких случаях, таких как особые классы сверхновых или бинарные слияния нейтронных звезд.
Исследователи из Университета Тренто под руководством аспиранта Леонардо Кьезы изучают присутствие плутония-244 и Fe-60 в отложениях, образовавшихся 3-4 миллиона лет назад. Некоторые ученые предполагают, что несколько событий произошли одновременно, что привело к смешению их продуктов, но команда Кьезы предлагает другое объяснение. Они утверждают, что предыдущие анализы недостаточно учитывали возможность столкновения двух нейтронных звезд, в результате чего образовалась одна массивная нейтронная звезда, которая едва избежала коллапса в черную дыру.
Согласно их модели, металлы, образовавшиеся в результате этого столкновения, будут распределяться с помощью двух процессов: динамического и выброса спирально-волнового ветра. Эти процессы по-разному рассеивали бы радиоактивные элементы, создавая видимость двух отдельных событий. Команда пришла к выводу, что две нейтронные звезды слились примерно в 350-660 световых годах от Земли между 3,5 и 4,5 миллионами лет назад. Плутоний-244 образовался в основном в результате бомбардировки динамического выброса нейтронами, а железо - продукт спирально-волнового ветра.
Чтобы уточнить свою модель, исследователи изучили количество изотопов восьми других тяжелых элементов с периодами полураспада от 1,9 до 33,8 миллиона лет. Удивительно, но они обнаружили, что многие слияния нейтронных звезд, скорее всего, происходят в результате комбинации этих процессов, возможно, составляя более половины всех слияний. Хотя выборка килоновых звезд ограничена, данное исследование позволяет предположить, что возможность возникновения в непосредственной близости от Земли килоновой звезды с такими специфическими характеристиками не так уж маловероятна, как считалось ранее.
Результаты этого исследования открывают новые возможности для понимания происхождения тяжелых элементов и проливают свет на сложные процессы, происходящие при слиянии нейтронных звезд. Кьеза и его команда продолжают свои исследования, они надеются найти больше доказательств, подтверждающих их модель, и внести вклад в наше понимание космических событий, которые формируют нашу Вселенную.