Трансурановые элементы древних звезд

Современная наука уверена, что все мы сделаны из химических элементов, синтезированных в звездах, которые буквально являются фабриками по их производству. Полностью процесс образования атомов еще не понят. Особенно это касается элементов тяжелее железа, в частности трансурановых, в которых число нуклонов исчисляется сотнями. Считают, что он связан с быстрым захватом нейтронов с большой энергией (r-процесс), который происходит в среде, сильно ими обогащенной. Тяжелые элементы радиоактивны и со временем распадаются на части, давая более легкие.

Астрофизики уверены, что реакция захвата происходит при слиянии нейтронных звезд и взрывах некоторых типов сверхновых, в которых рождаются самые тяжелые элементы. Однако реакцию сложно изучать в лабораторных условиях, ее детали неясны, их обычно экстраполируют на основе теоретических представлений.

Процесс захвата нейтронов, который происходит в самых экстремальных условиях космоса, давно изучает профессор физики Университета штата Северная Каролина Ян Рёдерер (Ian Roederer). Он отмечает, что ученые пока даже не знают и всех мест, где происходит быстрый захват, и сколько нейтронов может быть добавлено в образующееся ядро. Ядерщики сегодня не представляют, насколько тяжелым может быть ядро атома.

Поэтому группа профессора решила изучить элементы, образовавшиеся в результате ядерных распадов в 42 старых звездах Млечного Пути. Эти звезды известны тем, что содержат тяжелые элементы, которые по теории родились в процессе нейтронного захвата в предшествовавших им звездах. Чтобы найти новые связи между элементами, образовавшимися в едином процессе, астрофизики изучили коллективную статистику тяжелых элементов старых звезд. Так удалось выявить новые корреляции.

Оказалось, что концентрации элементов вблизи середины Периодической системы, например серебра, палладия, рутения, родия с зарядом ядра 44–47 (массы 99–110), связаны с концентрациями элементов зарядом 63–78 (массы >150). Однако для близких по зарядам элементов с номерами в интервалах 34–42 и 48–62 такой корреляции нет. Ученые считают, что это следствие единого происхождения названных элементов. Это значит, что они являются осколками от деления более тяжелых, пока неизвестных науке элементов с массой не ниже 260, которые появились в результате быстрого нейтронного захвата.

Элементы с таким весом не находили даже при термоядерных взрывах. Их следует искать в космосе, так как по современным представлениям захват нейтронов элементами тяжелее урана должен идти при чудовищных космических взрывах. Открытые закономерности также помогут уточнить физику процесса и особенности образования элементов в звездах. Ученые в который раз отодвинули границу таблицы химических элементов. Статья опубликована в журнале Science.