Астрономы охотятся за остатками столкновения пары нейтронных звезд, которое дало зарождающейся Солнечной системе тяжелые элементы.

Когда нейтронные звезды сливаются, они выбрасывают в свое ближайшее окружение огромное количество недолговечных радиоактивных элементов, и эти соединения становятся частью более поздних формирующихся звездных систем. Теперь ученые пытаются найти то слияние, которое засеяло нашу Солнечную систему тяжелыми элементами, прослеживая соединения, произведенные первоначальным распадающимся материалом. Исходя из этой работы, они полагают, что «наше» слияние произошло за 100 миллионов лет до рождения Солнечной системы в 1000 световых годах.

«Это было близко», — сказал ведущий ученый проекта Сабольч Марка, физик из Колумбийского университета. «Если вы посмотрите на небо и увидите слияние нейтронных звезд на расстоянии 1000 световых лет от нас, оно затмит все ночное небо».

Марка и его коллега Имре Бартос, астрофизик из Университета Флориды, исследовали ранние метеориты, образовавшиеся на рассвете Солнечной системы, чтобы отследить столкновение нейтронных звезд. Они проанализировали изотопы — разновидности химических элементов с различным количеством нейтронов в их атомах — в этих метеоритах. 

Для начала они рассчитали количество радиоактивных изотопов в ранней Солнечной системе, затем сравнили свои измерения с количеством изотопов, которые теоретически должны образоваться в результате слияния пары нейтронных звезд. Марка представил результаты своих исследований в январе на зимнем собрании Американского астрономического общества в Гонолулу.

«Наше» слияние нейтронных звезд

Тяжелые химические элементы, такие как золото, платина и плутоний, образуются, когда нейтроны бомбардируют существующие атомы. Во время таких столкновений нейтрон, не имеющий заряда, может испускать отрицательно заряженный электрон, становясь при этом положительно заряженным протоном и изменяя атомное число химического элемента, то есть по сути создавая новый элемент. 


Художественное изображение ранней Солнечной системы.

Этот процесс, известный как быстрый захват нейтронов, происходит только во время самых мощных взрывов во Вселенной, таких как сверхновые и слияния нейтронных звезд. Но ученые продолжают спорить о том, какое из этих экстремальных явлений является причиной создания основной массы тяжелых элементов в окружающем нас мире.

Таким образом, Марка и Бартос обратились к древним метеоритам, пытаясь понять, какой тип события мог помочь в образовании ранней Солнечной системы. Внутри этих камней из молодой Солнечной системы заперт материал, частично образованный таким мощным взрывом, и хотя эти первоначальные элементы были радиоактивными и быстро распадающимися, продукты их распада помогают определить не только первоначальные элементы, но и время их появления.

И когда Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) стала находить первые слияния нейтронных звезд, ученые решили применить полученные ею данные, чтобы выявить наиболее вероятные источники сверхтяжелых элементов, которые Марка очень точно назвал «ведьмиными котлами галактики», потому что именно в них образуется «варево» из медленно распадающегося материала, который в итоге попал в место зарождения Солнечной системы.

Предыдущие исследования показали, что сверхновые возникают в Млечном Пути раз в 50 лет или около того. Новые наблюдения LIGO показывают, что слияния нейтронных звезд происходят гораздо реже, примерно раз в 100 000 лет. Количество тяжелых элементов в Солнечной системе позволяет предположить, что они произошли от ближайшего слияния нейтронных звезд, поскольку происхождение от сверхновых дало бы куда больше тяжелых элементов, чем их есть в нашей звездной системе.

Исследователи решили опираться на отдельные изотопы, чтобы определить, где и когда произошло локальное слияние нейтронных звезд в окрестностях Солнечной системы. «Каждый изотоп — это секундомер, начинающий отсчет с момента взрыва», — сказал Марка. Изучив, сколько каждого изотопа осталось в материале, извлеченном из древних метеоритов, он смог определить возраст слияния, которое помогло создать Солнечную систему. «Есть только один момент времени, когда данные по всем изотопам согласуются», — сказал он.


Детектор LIGO, который и обнаруживает слияния нейтронных звезд.

Этот момент произошел примерно за 100 миллионов лет до того, как сформировалась Солнечная система — смешной промежуток в астрономических временных масштабах. Команда также рассчитала, как далеко от места зарождения нашей звездной системы произошло слияние, и они получили расстояние в 1000 световых лет, основываясь на том, сколько радиоактивного материала попало в Солнечную систему.

Чего команда не смогла выяснить, так это направления, с которого эти тяжелые элементы пришли в область, которая в итоге стала нашей Солнечной системой — такое открытие теоретически могло бы позволить ученым найти то место в Млечном пути, в котором и произошло слияние нейтронных звезд. 

Проблема в том, что Солнце не находится на одном месте — мы совершаем один оборот вокруг центра нашей галактики за приблизительно 230 млн лет, к тому же сам Млечный путь также двигается сквозь Вселенную.

Попутно Солнечная система оставила позади звезды, образовавшиеся рядом с нами в том же скоплении, звезды, за которыми астрономы долго и тщетно охотятся. Марка надеется, что в один прекрасный день астрономы найдут эти родственные звезды и остатки слияния нейтронных звезд, которые образовали наш дом.