Dlaczego w znanym wszechświecie jest tak dużo złota?

We wszechświecie, a przynajmniej w obszarze, w którym żyjemy, jest za dużo złota. Być może nie jest to problemem, ponieważ złoto bardzo cenimy. Rzecz w tym, że nikt nie wie, skąd się to wzięło. I to intryguje naukowców.

Ponieważ Ziemia była stopiona w momencie jej powstania, prawie całe złoto na naszej planecie w tamtym czasie prawdopodobnie zatonęło w jądrze planety. Zakłada się zatem, że większość złota znalezionego w skorupa Ziemska a płaszcz został sniesiony na Ziemię później w wyniku uderzeń asteroid podczas późnego ciężkiego bombardowania, około 4 miliardy lat temu.

Na przykład złoża złota w dorzeczu Witwatersrand w Republice Południowej Afryki, najbogatszy znany zasób złoto na ziemi, atrybut. Jednak ten scenariusz jest obecnie kwestionowany. Złotonośne skały Witwatersrand (1) powstały pomiędzy 700 a 950 milionami lat przed uderzeniem Meteoryt Vredeforta. W każdym razie był to prawdopodobnie kolejny wpływ zewnętrzny. Nawet jeśli założymy, że złoto, które znajdujemy w muszlach, pochodzi z wnętrza, to musiało też pochodzić skądś.

1. Złotonośne skały dorzecza Witwatersrand w Republice Południowej Afryki.

Skąd zatem wzięło się całe nasze złoto, a nie nasze? Istnieje kilka innych teorii dotyczących eksplozji supernowych tak potężnych, że mogą obalić gwiazdy. Niestety nawet tak dziwne zjawiska nie wyjaśniają problemu.

co oznacza, że ​​nie da się tego zrobić, chociaż alchemicy próbowali wiele lat temu. Dostawać błyszczący metalsiedemdziesiąt dziewięć protonów i od 90 do 126 neutronów musi być połączonych ze sobą, aby utworzyć jednorodne jądro atomowe. Ten . Takie połączenie nie zdarza się wystarczająco często, a przynajmniej nie w naszym bezpośrednim kosmicznym sąsiedztwie, aby to wyjaśnić. gigantyczne bogactwo złotaktóre znajdziemy na Ziemi i w niej. Nowe badania wykazały, że najpopularniejsze teorie dotyczące pochodzenia złota, tj. zderzenia gwiazd neutronowych (2) również nie dają wyczerpującej odpowiedzi na pytanie o jej zawartość.

Złoto wpadnie do czarnej dziury

Teraz wiadomo, że najcięższe elementy powstają, gdy jądra atomów gwiazd są wychwytywane przez cząsteczki zwane neutrony. Dla większości starych gwiazd, włączając te odkryte w galaktyki karłowate z tego badania proces jest szybki i dlatego jest nazywany „procesem r”, gdzie „r” oznacza „szybki”. Istnieją dwa wyznaczone miejsca, w których teoretycznie odbywa się proces. Pierwszym potencjalnym ogniskiem jest eksplozja supernowej, która tworzy duże pola magnetyczne – supernowa magnetorotacyjna. Drugi to łączenie lub kolidowanie dwie gwiazdy neutronowe.

Zobacz produkcję ciężkie pierwiastki w galaktykach ogólnie rzecz biorąc, naukowcy z California Institute of Technology badali kilka pobliskie galaktyki karłowate od Teleskop Kecka położony na Mauna Kea na Hawajach. Chcieli zobaczyć, kiedy i jak powstały najcięższe pierwiastki w galaktykach. Wyniki tych badań dostarczają nowych dowodów na tezę, że dominujące źródła procesów w galaktykach karłowatych zachodzą w stosunkowo długich skalach czasowych. Oznacza to, że pierwiastki ciężkie powstały później w historii Wszechświata. Ponieważ uważa się, że supernowe magnetyczno-rotacyjne są zjawiskiem występującym we wcześniejszym Wszechświecie, opóźnienie w produkcji ciężkich pierwiastków wskazuje, że ich głównym źródłem są zderzenia gwiazd neutronowych.

Spektroskopowe sygnatury ciężkich pierwiastków, w tym złoto, zaobserwowano w sierpniu 2017 r. przez obserwatoria elektromagnetyczne podczas zdarzenia połączenia gwiazd neutronowych GW170817, po potwierdzeniu, że było to połączenie gwiazd neutronowych. Obecne modele astrofizyczne sugerują, że pojedyncze zdarzenie połączenia gwiazd neutronowych generuje od 3 do 13 mas złota. więcej niż całe złoto na ziemi.

Zderzenia gwiazd neutronowych tworzą złoto, ponieważ łączą protony i neutrony w jądra atomowe, a następnie wyrzucają powstałe ciężkie jądra do przestrzeń. Podobne procesy, które dodatkowo zapewniłyby wymaganą ilość złota, mogłyby zachodzić podczas wybuchów supernowych. „Ale gwiazdy wystarczająco masywne, aby podczas takiej erupcji wytworzyć złoto, zamieniają się w czarne dziury” – wyjaśnił LiveScience Chiaki Kobayashi (3), astrofizyk z Uniwersytetu w Hertfordshire w Wielkiej Brytanii i główny autor najnowszego badania na ten temat. Zatem w przypadku zwykłej supernowej złoto, nawet jeśli powstanie, jest zasysane do czarnej dziury.

3. Chiaki Kobayashi z Uniwersytetu w Hertfordshire

A co z tymi dziwnymi supernowymi? Ten rodzaj eksplozji gwiazd, tzw magnetorotacyjny supernowej, bardzo rzadka supernowa. Umierająca Gwiazda kręci się w nim tak szybko i jest przez niego otoczony silne pole magnetyczneże w momencie eksplozji przewrócił się sam. Kiedy umiera, gwiazda wypuszcza w przestrzeń białe, gorące strumienie materii. Ponieważ gwiazda jest odwrócona na lewą stronę, jej strumienie są pełne złotych rdzeni. Już teraz gwiazdy tworzące złoto są rzadkim zjawiskiem. Jeszcze rzadsze są gwiazdy, które tworzą złoto i wyrzucają je w przestrzeń kosmiczną.

Jednak zdaniem badaczy nawet zderzenie gwiazd neutronowych z supernowymi magnetyczno-rotacyjnymi nie wyjaśnia, skąd wzięła się taka obfitość złota na naszej planecie. „Połączenia gwiazd neutronowych nie wystarczą” – mówi. Kobayashiego. „I niestety, nawet po dodaniu tego drugiego potencjalnego źródła złota, obliczenia te są błędne”.

Trudno określić dokładnie jak często maleńkie gwiazdy neutronowe, które są bardzo gęstymi pozostałościami starożytnych supernowych, zderzają się ze sobą. Ale to prawdopodobnie nie jest zbyt częste. Naukowcy zaobserwowali to tylko raz. Szacunki wskazują, że nie zderzają się one wystarczająco często, aby wytworzyć znalezione złoto. Oto wnioski tej pani Kobayashiego i jego współpracowników, który opublikowali we wrześniu 2020 r. w The Astrophysical Journal. Nie są to pierwsze tego typu odkrycia naukowców, ale jego zespół zebrał rekordową ilość danych badawczych.

Co ciekawe, autorzy wyjaśniają to dość szczegółowo ilość lżejszych pierwiastków występujących we wszechświeciena przykład węgiel ¹²C, a także cięższy od złota, takiego jak uran ²³⁸U. W ich modelach ilości takiego pierwiastka jak stront można wytłumaczyć zderzeniami gwiazd neutronowych, a europ aktywnością supernowych magnetorotacyjnych. Były to pierwiastki, które kiedyś naukowcom sprawiały trudność w wyjaśnieniu proporcji ich występowania w kosmosie, ale złoto, a raczej jego ilość, wciąż pozostaje tajemnicą.