Как образовалось золото?

На протяжении всей человеческой истории не существовало более привлекательного элемента для людей, чем золото. Этот драгоценный металл многими воспринимался как символ богатства и красоты. Самые восхитительные украшения древности были сделаны именно из золота.

При этом, золото расположилось достаточно высоко в периодической таблице элементов Менделеева – аж на 79 месте, становясь одним из самых тяжелых стабильных элементов, которые встречаются в природе. Честно говоря, только три более тяжелых элемента – ртуть, таллий, и свинец – тоже стабильны.

Мы уже говорили о том, что атомы водорода образовались во время Большого взрыва, а легкие элементы были созданы в ядрах первых поколений звезд, которые потом были выброшены в бездну Вселенной. Но как же образовались сравнительно тяжелые элементы, такие как золото? Ответ на этот вопрос крайне удивительный.

Абсолютное большинство атомов золота в нашей вселенной вероятней всего образовалась в результате именно того процесса, о котором мы сегодня поговорим. Но прежде, давайте же пройдемся по истории элементов в нашей Вселенной.

В те ранние времена, когда Вселенная ходила под стол пешком в ней было ничего кроме горячего, плотного моря плазмы: материи и излучения, которое было настолько мощным, что никакие две частицы не могли соединиться друг с другом, поскольку они тут же разлетались в разные стороны. Даже если всего один протон связался бы с одним нейтроном, они бы тут же наткнулись на фотон, который обладал бы достаточной энергией, чтобы разлучить их обратно на составляющие частицы.

Со временем, пока Вселенная расширялась, она также охлаждалась, и это означало то, что формируемые ядра простейших элементов могли оставаться стабильными на протяжении долгого периода времени. Самые легкие элементы во Вселенной – водород и гелий в лице самых разных изотопов, а также небольшие количества лития – были образованы именно на том этапе.

В дальнейшем же, случалась гравитационная магия, которая сжимала материю в плотные молекулярные облака. Именно они в конце концов становились первыми звездами Вселенной. Сотканные в основном из водорода с небольшими примесями гелия, эти звезды стали известны как звезды из населения III.

И хоть в основном в ядрах этих звезд происходил термоядерный синтез гелия из атомов водорода, самые тяжелые представители населения «заходили» еще дальше и начинали «сжигать» гелии, превращая его в углерод. А дальше начиналась цепочка реакций, в которых сплавлялись атомы углерода, кислорода, кремния и серы и образовывались атомы железа, никеля и кобальта. Процесс происходил в самых глубоких местах – в их ядрах. В конце концов, когда в них кончалось топливо, они сжимались, а затем взрывались как сверхновые второго типа.

И хоть во время взрыва сверхновой ядра этих звезд сжимались до той степени, когда они становились черными дырами или (чаще всего) нейтронными звездами, внешняя оболочка звезд «выбрасывалась» обратно во Вселенную. В этих оболочках обычно содержалось большое количество водорода, гелия, углерода, кислорода и некоторых других сравнительно легких элементов, которые в дальнейшем сжимались и превращались в звезды следующего поколения.

Еще более удивительно то, что тот же самый взрыв который концентрирует нейтроны в ядре одной звезды еще и выбрасывает огромное количество нейтронов в космос, открывая возможности для формирования гораздо более тяжелых элементов, чем железо, которые располагаются в самом верху периодической таблицы и теперь встречаются на нашей планете как нестабильные радиоактивные элементы.

Но когда мы пытаемся объяснить мироздание Вселенной, нам недостаточно просто объяснить образование тяжелых элементов. В дополнении, нам нужно еще объяснить их относительные количества, которые мы видим сейчас. Когда дело касается сравнительно легких элементов таких как углерод, кислород и кремний, их количество легко объясняется концепцией взрыва сверхновой и накопления элементов в межзвездном пространстве.

Но когда, например, мы смотрим на звезды населения II, которые образуются из Вселенной, насыщенной элементами после взрыва сверхновых, мы находим откровенный дефицит тяжелых элементах начиная от железа (которое всего лишь обладает номером 26) по сравнению с нашим солнцем. Наше Солнце также обладает еще большими количествами углерода, азота, кислорода и кремния по сравнению со звездами населения II.

Предыдущие наблюдения несомненно доказывают тот факт, что до Солнца были еще звезды, которые жили, сжигали свое ядерное топливо, взрывались как сверхновые и выбрасывали материю в межзвездное пространство еще до того как образовался наш мир. Таким образом, наше солнце относится к другому населению звезд: населению I. К этому же населению относятся многие другие звезды не только в нашей галактике, но и во всех других спиральных галактиках. Но в этих звездах гораздо больше тяжелых элементов – от железа до золота, олова и прочих – чем можно было бы предположить в результате одного взрыва сверхновой. Что-то еще должно происходить, что могло бы объяснить такой феномен. Что-то еще должно создавать эти элементы, и оно должно создавать их каким-то необычайно другим способом.

До недавних пор, все что мы знали было лишь теорией.

Космос просто заполнен нейтронными звездами, которые остались от ультра-массивных звезд, сформировавшихся в ранние годы Вселенной. По скромным оценкам, буквально миллиарды таких тел блуждают по каждой существующей галактике размером сопоставимым с Млечным Путем. По большей части, эти нейтронные звезды являются единственными в своих звездных системах, но время от времени, они находятся вместе еще с одной или даже двумя преемниками достаточно массивные звезд, которые были способны превратиться в нейтронные звезды.

Мы знаем о таких системах благодаря тому, что некоторые нейтронные звезды излучают лучи радиоволн по мере вращения: другими словами, являются пульсарами. И прямо в нашей галактике, мы обнаружили доказательства бинарных систем, где было не просто две нейтронные звезды, но и они еще являлись пульсарами. В нашей же галактике, мы нашли двойной пульсар.

Благодаря Общей Теории Относительности Эйнштейна, мы знаем, что орбиты звезд в таких системах постепенно сужаются, и в конце концов, две звезды сталкиваются друг с другом.

И как вы думаете, что же произойдет, когда две нейтронные звезды – два объекта массой с Солнце, но размером с городишко средних размеров и сделанные исключительно из нейтронов – сталкиваются друг с другом?

Результат просто катастрофичен! Да, они могут даже и не оставить черную дыру позади себя, но они точно образуют моментальный взрыв, который выбросит огромную груду тяжелых элементов по массе сравнимых с массой тысячи планет Земля прямо в межзвездное пространство. Именно в таких взрывах берет свое начало большинство запасов золота, платины, ртути, свинца и урана во Вселенной. Что же касается Земных запасов этих элементов, так они и вовсе, практически все берут свое начало в таких столкновениях. Я думаю, не стоит и упоминать, что помимо всего прочего такие взрывы создают просто космические количества гамма излучения.

Таким образом, когда вы думаете о всех тех поколениях звезд, которые жили и умирали, чтобы создать элементы на Земле, не стоит забывать и о нейтронных звездах – звездах которые умирали дважды: один раз как сверхновые и один раз в мощнейшем взрыве описанном ранее.

По оценкам, в типичной галактике похожей на Млечный Путь, такое событие происходит каждые 10,000-100,000 лет. Это означает, что до момента образования Солнечной Системы произошло от сотни тысяч до миллиона таких слияний нейтронных звезд в нашей галактике, которые обогатили её тяжелыми элементами. И хоть мы еще не зарегистрировали ни одного столкновения нейтронных звезд, у нас есть все основания полагать, что они в действительности происходят.