Ученые Университета Колумбия и Университета Флориды в США выяснили, что 4,6 миллиарда лет назад поблизости от места зарождения Солнечной системы столкнулись две нейтронные звезды с образованием черной дыры. Катаклизм привел к обогащению Земли и других планет тяжелыми элементами, включая золото, платину и уран. Статья опубликована в журнале Nature.
Исследователи рассчитали, насколько распространенными в Млечном Пути являются области, где происходит r-процесс — быстрый захват нейтронов легкими ядрами, при котором образуются элементы тяжелее железа. r-процесс протекает при вспышках сверхновых и слиянии нейтронных звезд и способствует появлению короткоживущих радиоактивных изотопов (период их полураспада менее ста миллионов лет), в том числе актиноидов кюрия-247 и плутония-244, а также иода-129. Поскольку продукты распада этих изотопов часто встречаются в метеоритах, известно, что они в изобилии присутствовали в ранней Солнечной системе.
Ученые смоделировали процессы слияния нейтронных звезд в Млечном Пути, при этом учитывались такие параметры, как распределение звездной массы в галактике, а также турбулентные явления. В симуляциях столкновения сверхплотных объектов происходили в случайных областях Млечного Пути, при этом рассчитывалась концентрация возникших изотопов в межзвездной среде. Оказалось, что распространенность продуктов r-распада в ранней Солнечной системе должно соответствовать их высокой плотности поблизости от туманности, в которой зарождалось Солнце.
По расчетам, слияние нейтронных звезд, приведшее к такому изобилию изотопов, произошло в 300 парсеках (один парсек равен 3,26 светового года) от протозвездной туманности за 80 миллионов лет до формирования Солнца и планет. Катастрофа привела к возникновению большого количества кюрия и плутония, которые распались с образованием 0,3 процента массы Солнечной системы (примерно 10 в 21-й степени килограмм вещества).
Столкновения нейтронных звезд в Млечном Пути происходят 1-100 раз за миллион лет. При столкновении нейтронных звезд возникают быстро расширяющиеся выбросы вещества, в которых образуются «затравочные ядра», захватывающие нейтроны, и области с высокой плотностью свободных нейтронов, что инициирует r-процессю
