Тайна рождения золота раскрыта: редкий звёздный процесс объяснил происхождение драгоценностей

Золото — один из самых ценных металлов на Земле, но его происхождение до сих пор оставалось загадкой. Американские физики из Университета Теннесси впервые экспериментально подтвердили редкий механизм, благодаря которому во Вселенной образуются тяжёлые элементы, включая золото, платину и уран.

Как рождается золото

Когда массивные звёзды взрываются, сталкиваются или коллапсируют, внутри них запускается особый процесс — r-процесс, или быстрый захват нейтронов.
Ядра атомов поглощают десятки нейтронов подряд, становятся нестабильными и вскоре распадаются, превращаясь в более устойчивые элементы.

"Так во Вселенной рождаются золото, уран и другие тяжёлые вещества", — поясняют авторы исследования.

До сих пор этот процесс удавалось описывать только теоретически. Физики не могли измерить энергию нейтронов, испускаемых во время распада, поскольку они не имеют электрического заряда и легко рассеиваются.

Прорыв в лаборатории

Команда под руководством профессора Роберта Гживача провела уникальный эксперимент на установке ISOLDE в ЦЕРНе.
Учёные использовали редкий изотоп индий-134, ядра которого живут всего доли секунды. При их распаде образуются изотопы олова — 132, 133 и 134, — и именно здесь исследователи впервые зарегистрировали β-запаздывающее двойное нейтронное испускание.

"Это действительно большое событие. Ранее никто не мог измерить энергию двух нейтронов, испущенных одновременно", — сказал профессор Роберт Гживач.

Измерение энергий этих нейтронов стало ключом к пониманию того, как протекает r-процесс в недрах звёзд.

Космические кузницы элементов

R-процесс происходит в экстремальных условиях:

• при столкновениях нейтронных звёзд,
• при сверхновых взрывах,
• и во время коллапса массивных ядер звёзд.

Эти события сопровождаются температурой в миллиарды градусов и выбросом огромного числа нейтронов. За доли секунды рождаются новые химические элементы, которые затем разносятся по галактике и становятся частью звёзд, планет и даже живых существ.

Мифы и правда о происхождении золота

• Миф 1. Всё золото на Земле образовалось в недрах планеты.
• Правда: большая часть золота имеет внеземное происхождение — оно возникло в результате звёздных катастроф задолго до появления Земли.
• Миф 2. R-процесс можно воспроизвести в лаборатории.
• Правда: условия звёздных взрывов невозможно воссоздать на Земле — исследователи изучают лишь отдельные стадии, моделируя распады нестабильных ядер.
• Миф 3. Тяжёлые элементы создаются только при сверхновых.
• Правда: столкновения нейтронных звёзд дают ещё больше нейтронов, чем взрывы сверхновых, и считаются основным источником золота во Вселенной.

3 интересных факта

• После столкновения двух нейтронных звёзд за считанные секунды может образоваться до 10 планетарных масс золота и платины.
• Каждая золотая цепочка на Земле когда-то была частью древнего звёздного взрыва.
• Исследования r-процесса помогают астрономам оценивать возраст и состав галактик по спектру тяжёлых элементов.

Исторический контекст

Впервые идею космического происхождения золота предложили физики Ганс Бете и Уильям Фаулер в середине XX века.
Но экспериментально подтвердить этот процесс долго не удавалось — нейтроны слишком трудно фиксировать.
Только в XXI веке, с развитием лазерных технологий и сверхчувствительных детекторов, учёные смогли напрямую наблюдать стадии звёздного "кузнечного дела".

Нынешний эксперимент из Теннесси стал первым подтверждением того, как именно ядра испускают двойные нейтроны в ходе r-процесса — важнейшего шага на пути к пониманию происхождения тяжёлых элементов.

Ошибки и последствия

Частые вопросы

Откуда на Земле взялось золото?

Оно появилось в результате древних звёздных взрывов, а затем осело в планетарном веществе, из которого сформировалась Земля.

Почему золото редкое?

Потому что звёздные события, при которых оно рождается, происходят крайне редко — примерно раз в сто миллионов лет в галактике.

Можно ли "создать" золото искусственно?

Теоретически — да, с помощью ядерных реакций. Но затраты энергии многократно превышают стоимость полученного металла.

Открытие американских физиков стало шагом к разгадке древней тайны — как во Вселенной рождаются тяжёлые элементы. Золото, сверкающее на наших руках, когда-то появилось в сердце умирающих звёзд — и теперь наука впервые смогла заглянуть в этот космический процесс глазами эксперимента.