Der goldene Ring, den du trägst? Er könnte aus einem Schwarzen Loch stammen

Das Schmieden von leichten und schweren Elementen ist unter Wissenschaftlern seit sehr langer Zeit eine Quelle des Studiums. Tatsächlich Es wurde lange geglaubt dass die meisten Elemente als Wasserstoff und Helium entstanden sind, um Sterne zu bilden. Als diese Sterne heißer und massereicher wurden, wurden diese schwereren Elemente geschmiedet – ein Prozess namens Nukleosynthese – und als die Sterne das Ende ihres Lebens erreichten, spuckten sie ausdiese Elemente in den Weltraum, als sie zur Supernova wurden.

Es gibt andere Möglichkeiten, wie schwere Elemente wie Silber und Gold entstehen können. Möglicherweise entstehen diese Elemente als Folge der Kollision von Neutronensternen. Wenn Sie mit Neutronensternen nicht vertraut sind, sind sie im Wesentlichen dieÜberreste massereicher Sterne, die nicht massiv genug waren, um sich zu Schwarzen Löchern zu verdichten, sondern der Kollaps wurde durch einen sogenannten Neutronen-Entartungsdruck gestoppt, was zur Entstehung extrem schwerer Objekte führte, die klein, aber extrem dicht sind.Reden wir, ein Teelöffel Neutronensternmaterial würde ungefähr wiegenvier MILLIARDEN Tonnen — alles zu einem Objekt mit einem Durchmesser von nur zehn Meilen kondensiert!

Gibt es andere Möglichkeiten, wie die Natur schwere Elemente geschaffen hat? Nun, ein kürzlich erschienener Artikel gibt der langjährigen Forschung zur Bildung dieser Elemente eine mögliche neue Wendung. Wir werden dazu kommen, aber zuerst...

Wie genau entstehen schwere Elemente in Sternen?

Das Innere eines Sterns ist sehr komplex zu modellieren, da wir nicht genau eine Sonde in einen Stern schicken können, um zu sehen, wie er funktioniert. Kosmologen glauben jedoch, dass sich die Elemente zwar zuerst gebildet haben bald nach dem Urknall, die Bedingungen waren nicht kühl genug, um die Elemente stabil zu halten. Nach etwa 3 oder 4 Minuten das frühe Universumhatte sich ausreichend ausgedehnt und abgekühlt, um die Elektronen zu begünstigen, die in der Umlaufbahn um Atomkerne verbleiben. Dies ist, wenn tdie leichtesten und einfachsten chemischen Elemente, die gebildet wurden — Wasserstoff, Helium und Lithium. Diese sammelten sich zu großen, gasförmigen Wolken, und diese Wolken kollabierten schließlich unter ihrer eigenen Schwerkraft undwurden die ersten Sterne. In den Kernen dieser Sterne begann die Kernfusion, als sie massiv genug wurden.

Kernfusion ist der Prozess, durch den leichte Elemente in schwerere Elemente umgewandelt werden. Wasserstoff ist auch das Lebenselixier der Sterne selbst. Der Prozess der Fusion von Wasserstoff in andere Elemente hält einen Stern stabil. Sobald er eine kritische Schwelle erreicht undDer Stern verliert den Wasserstoff, den er zum Überleben benötigt, die Masse des Sterns bestimmt, zu welcher Art von Objekt er wird. Ein kleineres Objekt wie die Sonne wird ein Weißer Zwerg; mittelgroße Sterne werden zu Neutronensternen oder Pulsaren, und die massereichsten Sterne kollabieren zu Schwarzen Löchern mit stellarer Masse.

Um es einfach auszudrücken: "Nur die größeren Sterne können schwerere Elemente produzieren. Dies liegt daran, dass diese Sterne ihre Temperaturen höher als die kleineren Sterne erhöhen können, wie es unsere Sonne kann. Nachdem der Wasserstoff in diesen Sternen aufgebraucht ist, durchlaufen sie eineReihe von nuklearen Verbrennungen, abhängig von den Arten der erzeugten Elemente, zum Beispiel Neonverbrennung, Kohlenstoffverbrennung, Sauerstoffverbrennung oder Siliziumverbrennung.Bei der Kohlenstoffverbrennung durchläuft das Element Kernfusion, um Neon, Natrium, Sauerstoff und Magnesium zu ergebenNeon brennt, es verschmilzt und produziert Magnesium und Sauerstoff. Sauerstoff wiederum liefert Silizium und die anderen Elemente, die zwischen Schwefel und Magnesium im Periodensystem vorkommen."pro Wissenschaft.

"Diese Elemente wiederum produzieren diejenigen, die im Periodensystem in der Nähe von Eisen sind - Kobalt, Mangan und Ruthenium. Eisen und andere leichtere Elemente werden dann durch kontinuierliche Fusionsreaktionen durch die oben genannten Elemente erzeugt. Radioaktiver Zerfall vonauch instabile Isotope kommen vor. Sobald Eisen gebildet ist, kommt die Kernfusion im Kern des Sterns zum Stillstand."

Dies ist der Anfang vom Ende für die größten Sterne im Universum. Es erfordert eine außerordentliche Menge an Energie und Wärme, um andere schwere Elemente, insbesondere Eisen, zu verschmelzen. Sobald Eisen im Kern des Sterns zu verschmelzen beginnt, produziert es mehr Energie alsder Fusionsprozess wirkt der Schwerkraft entgegen, die den Stern stabil hält und verhindern, dass es in sich zusammenfällt. Kernkollaps und Supernova-Ereignisse treten dann auf. Während das Gas in den Weltraum ausgestoßen wird, kollidieren Atome, insbesondere Neutronen, innerhalb von Momenten nach dem Supernova-Ausstoß.

Sobald sich diese Atome zu verbinden beginnen, stellt der radioaktive Zerfall ein Problem dar: Die Neutronen müssen sehr schnell fusionieren, bevor der Kern von weiteren Neutronen beschossen wird.56, ein häufiges Isotop von Eisen oder andere neutronenreichere schwere Isotope. Dieser Prozess wird auch als bezeichnet. schneller Neutroneneinfangprozess, oder r-Prozess. Dieser Vorgang ist für die Entstehung von etwa der Hälfte der „schweren Elemente“ verantwortlich – Atomkerne, die schwerer als Eisen sind.

Also, woher kommt Gold?

Wie bereits erwähnt, wurde seit langem spekuliert, dass Gold und andere schwere Elemente auf verschiedene Weise gebildet werden können: entweder in den Kernen massereicher Sterne, wenn zwei Neutronensterne kollidieren, oder in den heißen Gaswolkendie nur wenige Augenblicke nach einem Supernova-Ereignis in den Weltraum spucken. Eine kürzlich veröffentlichte Studie postuliert jedoch, dass Schwarze Löcher möglicherweise eine Rolle bei der Entstehung eines der wertvollsten Elemente der Erde gespielt haben: Gold.

Diese Untersuchung, die in der November-Ausgabe 2021 der veröffentlicht wurde.Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society, schlägt einen neuen Ansatz zum Verständnis der Bildung schwerer Elemente vor. Sie schlagen vor, dass schwere Elemente in den wirbelnden Gas- und Staubmassen erzeugt wurden, die ein neugeborenes Schwarzes Loch, die Akkretionsscheibe, umgeben.Dieses System kann nach der Verschmelzung zweier massereicher Neutronensterne und während des Kollapses und der Explosion eines rotierenden Sterns entstehen.

Pro ScienceAlert: „In diesen extremen Umgebungen sollte die hohe Emissionsrate von Neutrinos die Umwandlung von Protonen in Neutronen erleichtern – was zu einem Überschuss an letzteren führt, der für den Prozess erforderlich ist, der schwere Elemente produziert.“

Astrophysiker Oliver Just vom GSI Helmholtz-Zentrum für Schwerionenforschung in Deutschland, bemerkt weiter: „In unserer Studie haben wir erstmals systematisch die Umwandlungsraten von Neutronen und Protonen für eine Vielzahl von Scheibenkonfigurationen mit Hilfe vonaufwendigen Computersimulationen, und wir fanden heraus, dass die Scheiben sehr neutronenreich sind, solange bestimmte Bedingungen erfüllt sind."

Außerdem wird angenommen, dass das Baby-Schwarze Loch von einem dichten, heißen Ring aus Material umgeben ist, der um das Schwarze Loch herumwirbelt und sich in es nährt, wie Wasser in einem Abfluss. In diesen UmgebungenNeutrinos werden im Überfluss emittiert, und Astronomen haben lange angenommen, dass als Ergebnis eine r-Einfang-Nukleosynthese stattfinden könnte."

Modelle und Simulationen zeigten den Forschern, dass, wenn bestimmte Parameter erfüllt sind – wie das „Baby-Schwarze Loch“, das bestimmte Masse- und Spinkriterien erfüllt, zusammen mit der umgebenden Gasscheibe, die ausreichend massiv ist – Neutrinos in Hülle und Fülle existiert hätten, und Fusioninnerhalb der Akkretionsscheibe hätte stattfinden können.

"Je massiver die Scheibe, desto häufiger werden Neutronen aus Protonen durch Einfangen von Elektronen unter Emission von Neutrinos gebildet und stehen für die Synthese schwerer Elemente mittels des r-Prozesses zur Verfügung."erklärt Dr. Oliver Just.

"Wenn die Masse der Scheibe jedoch zu hoch ist, spielt die Umkehrreaktion eine verstärkte Rolle, so dass mehr Neutrinos von Neutronen zurückgefangen werden, bevor sie die Scheibe verlassen. Diese Neutronen werden dann wieder in Protonen umgewandelt, was die r-Prozess."

"Dieser Sweet Spot, in dem schwere Elemente am produktivsten produziert werden, ist eine Scheibenmasse zwischen 1 und 10 Prozent der Masse der Sonne. Dies bedeutet, dass Neutronensternverschmelzungen mit Scheibenmassen in diesem Bereich Fabriken für schwere Elemente sein könntenunbekannt, wie häufig Kollapsarscheiben sind, die Jury ist noch nicht für Kollapsare zuständig, sagten die Forscher."

Forscher haben Gold gefunden, das ungefähr so ​​alt ist wie die Erde, also etwa 4,5 Milliarden Jahre alt, aber sie sind sich nicht ganz sicher, wie es entstanden ist. Die Sonne ist nicht annähernd massiv genug, um etwas zu Gold oder Silber zu verschmelzen. Tatsächliches kann nichts Schwereres als Sauerstoff mit 8 Protonen verschmelzen. Gold hingegen besteht aus 79 Protonen. Es braucht also viel Energie, um zu verschmelzen. Es ist möglich, dass genug Energie in dem wirbelnden Gas und Staub vorhanden istum ein Schwarzes Loch.

Der Ring, den Sie an Ihrem Finger tragen, könnte also vor Milliarden von Jahren von einem Schwarzen Loch erzeugt und über Asteroiden und Kometen zur Erde gebracht worden sein vielleicht sogar in der massiven Wolke vorhanden, die kollabierte und unsere Sonne bildete.ist nicht unglaublich cool, ich weiß nicht was.