Золото долгое время считалось одним из самых редких и драгоценных металлов на Земле, а затем люди узнали о том, что этот элемент также редок и во Вселенной. Как оказалось, это один из самых тяжелых, устойчивых, встречающихся в природе, типов атомов, найденных на нашей планете. Несмотря на прошедшие тысячи лет, желтый металл остается невероятно ценным из-за своих физических и химических свойств, а также из-за блеска и использования для различных предметов роскоши.
Но откуда взялось золото? Можно ответить, что «из космоса», но это слишком упрощенная версия, скрывающая полную историю. Да, такие звезды как наше Солнце, способствуют соединению легких элементов в более тяжелые, но в результате получается лишь небольшая их группа: гелий, углерод, азот, кислород, а также неон, магний, кремний, сера, железо, никель и кобальт. Ядерный синтез, - по крайней мере, как он в целом понимается, - лежит в основе происхождения небольшого количества элементов, которые можно найти на Земле.
Причина этого проста: существует несколько типов реакций, которые могут возникать при различных температурах:
- горение водорода может привести к образованию гелия, или может превратить углерод в азот, кислород, а затем обратно в углерод, в конце концов, получив гелий. Наше Солнце создает эти элементы;
- горение гелия, которое происходит в звездах-красных гигантах (которой станет наше Солнце через 5-7 млрд. лет), превращает гелий в углерод, а затем, может добавить дополнительные атомы гелия для создания кислорода, неона, магния и т.д.
Более высокие температуры могут привести к сгоранию углерода, которое происходит только в звездах, превосходящих по массе наше Солнце во много раз. Сгорание углерода уступает место сжиганию кислорода, силикона, а в результате получается зола из железа, никеля и кобальта.
Заметьте, что ни одна из этих реакций не создает золото! Тем не менее, будет ли звезда похожей на наше Солнце или во много раз массивнее, у нее все-таки есть шанс для создания драгоценного космического элемента.
Когда в звезде не остается водорода в ядре, то оно сжимается и нагревается. В звездах, которые, по крайней мере, на 40% столь же массивны, что и наше Солнце, температура достигнет достаточных уровней, чтобы произвести гелий, что позволит звезде превратиться в красного гиганта. Производство гелия приводит к тому, что звезда сократится примерно в несколько сотен раз по сравнению с ее первоначальным размером, увеличив свою энергию в несколько раз. В таких ядерных процессах, возникнут свободные нейтроны, позволяющие медленно накапливаться тяжелым элементам, один за другим. Этот процесс создает элементы вплоть до 82-83 порядкового номера (свинец и висмут) в периодической таблице в относительно небольших количествах, но на этом все.
Когда звезда окончательно исчерпает топливо в своем ядре, то она превратится в «маленького» белого карлика, выбрасывая свои внешние, обогащенные слои в межзвездную среду. Небольшое количество космического золота поступает из планетарных туманностей, что является конечным состоянием элементов, которые остаются после звезд во Вселенной.
Если звезда слишком массивная, и производит в ядре железно-никелево-кобальтовую золу, то ядро, в конце концов, взорвется, порождая сверхновую звезду.
Эта реакция создает либо нейтронную звезду, либо черную дыру, а также вызывает реакцию слияния во внешних слоях, которая раздувает звезду. Однако, помимо раздувания звезды, она также производит огромное количество свободных нейтронов и в очень быстром темпе. В то время как красные гиганты добавляют по одному нейтрону к элементам, а сверхновые могут добавлять 5-7 нейтронов одновременно к элементу, позволяя создавать более тяжелые элементы и в гораздо большем количестве. В результате в обогащенных остатках сверхновой создаются материалы, необходимые для формирования богатой, разнообразной, каменистой планеты, такой как Земля.
Больше всего космического золота создается благодаря сверхновым звездам, а не из планетарных туманностей, но есть еще один, эффективный «метод» производства желтого металла.
Две нейтронные звезды порой сталкиваются друг с другом. Это чаще всего происходит, когда две огромные звезды погибают при взрывах сверхновых, а их остатки в форме нейтронных звезд сжимаются и сливаются. Когда это происходит, то возникает гамма-всплеск и они объединяются, чтобы образовать черную дыру. Вернее, около 96% их массы сливается, чтобы образовать черную дыру, но оставшаяся часть этой массы выбрасывается в космос. Это событие приводит к всплескам гамма-лучей, а компоненты нейтронной звезды, которые выбрасываются, обычно представляют собой самые тяжелые элементы из всех, включая золото.
Фактически, одно слияние нейтронных звезд может создать золото в объеме 20 масс нашей Луны, а это значит, что даже если могут быть в тысячи раз больше сверхновых и планетарных туманностей, чем слияний нейтронных звезд, - последние являются основным источником элементов с самым большим атомным весом в периодической таблице, а именно, золота, платины, вольфрама, а также радиоактивных элементов, таких как торий и уран.
Материал астрофизика Этан Сигель из сайта «forbes.com».
