Miksi tunnetussa maailmankaikkeudessa on niin paljon kultaa?

Universumissa tai ainakin asuinalueellamme on liikaa kultaa. Ehkä tämä ei ole ongelma, koska arvostamme kultaa erittäin paljon. Asia on siinä, että kukaan ei tiedä mistä se tuli. Ja tämä kiehtoo tutkijoita.

Koska maa oli sulaa syntyessään, Melkein kaikki kulta planeetallamme tuolloin syöksyi luultavasti planeetan ytimeen. Siksi oletetaan, että suurin osa kullasta löytyi maakuori ja vaippa toi maahan myöhemmin asteroidien törmäykset myöhäisen raskaan pommituksen aikana, noin 4 miljardia vuotta sitten.

Ei esimerkki kultaesiintymiä Witwatersrandin altaassa Etelä-Afrikassa, rikkain tunnettu resurssi kultaa maan päällä, attribuutti. Tämä skenaario on kuitenkin tällä hetkellä kyseenalaistettu. Witwatersrandin kultaa kantavia kiviä (1) pinottiin 700–950 miljoonaa vuotta ennen törmäystä Vredefortin meteoriitti. Joka tapauksessa se oli luultavasti toinen ulkoinen vaikutus. Vaikka oletammekin, että kuorista löytämämme kulta tulee sisältä, sen on myös täytynyt tulla jostain sisältä.

1. Kultaa sisältävät kivet Witwatersrandin altaassa Etelä-Afrikassa.

Joten mistä kaikki kultamme tuli alun perin, ei meidän? On olemassa useita muita teorioita supernovaräjähdyksistä, jotka ovat niin voimakkaita, että tähdet kaatuvat. Valitettavasti edes tällaiset oudot ilmiöt eivät selitä ongelmaa.

mikä tarkoittaa, että se on mahdotonta tehdä, vaikka alkemistit yrittivät monta vuotta sitten. Saada kiiltävää metalliaseitsemänkymmentäyhdeksän protonia ja 90-126 neutronia on sitouduttava yhteen yhtenäisen atomiytimen muodostamiseksi. se . Tällaista fuusiota ei tapahdu tarpeeksi usein, tai ainakaan lähiympäristössämme, selittääkseen sen. jättimäinen kultavarallisuusjoita löydämme maan päältä ja sisältä. Uusi tutkimus on osoittanut, että yleisimmät kullan alkuperäteoriat, ts. neutronitähtien törmäykset (2) eivät myöskään anna tyhjentävää vastausta kysymykseen sen sisällöstä.

Kulta putoaa mustaan ​​aukkoon

Nyt se tiedetään raskaimmat elementit muodostuu, kun tähtien atomiytimet vangitsevat molekyylejä nimeltä neutroneja. Useimmille vanhoille tähdille, mukaan lukien ne, jotka löytyvät kääpiögalaksit tästä tutkimuksesta prosessi on nopea ja siksi sitä kutsutaan "r-prosessiksi", jossa "r" tarkoittaa "nopeaa". On kaksi nimettyä paikkaa, joissa prosessi teoreettisesti tapahtuu. Ensimmäinen mahdollinen kohde on supernovaräjähdys, joka luo suuria magneettikenttiä – magnetorotaatiosupernova. Toinen on liittyminen tai törmäys kaksi neutronitähteä.

Katso tuotanto raskaat alkuaineet galakseissa Yleensä Kalifornian teknologiainstituutin tutkijat ovat viime vuosina tutkineet useita lähimmät kääpiögalaksit alkaen Keck-teleskooppi sijaitsee Mauna Keassa, Havaijilla. He halusivat nähdä, milloin ja miten galaksien raskaimmat alkuaineet muodostuivat. Näiden tutkimusten tulokset tarjoavat uutta näyttöä väitöskirjalle, jonka mukaan kääpiögalaksien hallitsevat prosessien lähteet syntyvät suhteellisen pitkillä aikaskaaloilla. Tämä tarkoittaa, että raskaita alkuaineita luotiin myöhemmin maailmankaikkeuden historiassa. Koska magnetorotaatiosupernovia pidetään aikaisemman universumin ilmiönä, raskaiden alkuaineiden tuotannon viive viittaa neutronitähtien törmäyksiin niiden päälähteenä.

Spektroskooppisia merkkejä raskaista alkuaineista, mukaan lukien kulta, havaittiin elokuussa 2017 sähkömagneettisissa observatorioissa neutronitähtien fuusiotapahtumassa GW170817 sen jälkeen, kun tapahtuma vahvistettiin neutronitähtien fuusioksi. Nykyiset astrofysikaaliset mallit viittaavat siihen, että yksittäinen neutronitähtien fuusiotapahtuma tuottaa 3–13 kultamassaa. enemmän kuin kaikki kulta maan päällä.

Neutronitähtien törmäykset synnyttävät kultaa, koska ne yhdistävät protonit ja neutronit atomiytimiksi ja työntävät sitten syntyneet raskaat ytimet tilaa. Samanlaisia ​​prosesseja, jotka lisäksi antaisivat tarvittavan määrän kultaa, voisi tapahtua supernovaräjähdyksen aikana. "Mutta tähdet, jotka ovat tarpeeksi massiivisia tuottamaan kultaa tällaisessa purkauksessa, muuttuvat mustiksi aukoksi", Chiaki Kobayashi (3), astrofyysikko Hertfordshiren yliopistosta Iso-Britanniasta ja viimeisimmän aihetta koskevan tutkimuksen johtava kirjoittaja, kertoi LiveSciencelle. Joten tavallisessa supernovassa kulta, vaikka se muodostuisi, imeytyy mustaan ​​aukkoon.

3. Chiaki Kobayashi Hertfordshiren yliopistosta

Entä ne oudot supernovat? Tämän tyyppinen tähtiräjähdys, ns supernova magnetorotaatio, erittäin harvinainen supernova. kuoleva tähti hän pyörii siinä niin nopeasti ja on sen ympäröimä voimakas magneettikenttäettä se kaatui itsestään räjähtäessään. Kun tähti kuolee, se vapauttaa kuumia valkoisia ainesuihkuja avaruuteen. Koska tähti on käännetty nurinpäin, sen suihkut ovat täynnä kultaisia ​​ytimiä. Vielä nykyäänkin kullan muodostavat tähdet ovat harvinainen ilmiö. Vielä harvinaisempia ovat tähdet, jotka luovat kultaa ja lähettävät sitä avaruuteen.

Tutkijoiden mukaan edes neutronitähtien ja magnetorotaatiosupernovien törmäys ei kuitenkaan selitä, mistä planeetallamme oleva kullan runsaus on peräisin. "Neutronitähtien fuusiot eivät riitä", hän sanoo. Kobayashi. "Ja valitettavasti tämä laskelma on väärä, vaikka lisättäisiin tämä toinen mahdollinen kultalähde."

On vaikea määrittää tarkasti, kuinka usein pieniä neutronitähtiä, jotka ovat erittäin tiheitä muinaisten supernovien jäänteitä, törmäävät toisiinsa. Mutta tämä ei välttämättä ole kovin yleistä. Tiedemiehet ovat havainneet tämän vain kerran. Arviot osoittavat, että ne eivät törmää tarpeeksi usein tuottamaan löydettyä kultaa. Nämä ovat naisen johtopäätökset Kobayashi ja hänen kollegansa, jonka he julkaisivat syyskuussa 2020 The Astrophysical Journalissa. Nämä eivät ole ensimmäiset tutkijoiden tällaiset löydöt, mutta hänen tiiminsä on kerännyt ennätysmäärän tutkimustietoa.

Mielenkiintoista on, että kirjoittajat selittävät yksityiskohtaisesti maailmankaikkeudesta löytyneiden kevyempien alkuaineiden määrä, kuten hiili ¹²C, ja myös kultaa raskaampaa, kuten uraani ²³⁸U. Heidän malleissaan strontiumin kaltaisen alkuaineen määrät voidaan selittää neutronitähtien törmäyksellä ja europiumin määrät magnetorotaatiosupernovien aktiivisuudella. Nämä olivat elementtejä, joilla tiedemiehillä oli vaikeuksia selittää niiden avaruudessa esiintymisen mittasuhteita, mutta kulta, tai pikemminkin sen määrä, on edelleen mysteeri.