Синтезированы 5 новых редких изотопов редкоземельных элементов
01 марта 2024
В рамках исследования в Центре по производству редких изотопов (FRIB) в
Мичиганском государственном университете было синтезировано пять новых
изотопов: тулий-182, тулий-183, иттербий-186, иттербий-187 и
лютеций-190. Это первый раз, когда учёным удалось получить эти изотопы
на Земле, прежде их не находили на нашей планете.
Исследователи смогли синтезировать 5 редких изотопов на Земле.
Понимание происхождения тяжёлых элементов во Вселенной выходит на новый
уровень
Иллюстрация слияния двух нейтронных звёзд. Источник:NASA / Swift / Dana Berry
Слияния сверхплотных нейтронных звёзд считаются одним из возможных
сценариев образования тяжёлых элементов, таких как золото и серебро.
Это исследование приблизило учёных к пониманию процессов, происходящих
при таких слияниях и образовании тяжёлых элементов.
Звёзды можно рассматривать как ядерные печи, в которых происходит
синтез элементов начиная с водорода и заканчивая железом. Однако, для
создания элементов тяжелее железа требуется особое условие —
столкновение нейтронных звёзд.
В конце жизненного цикла массивных звёзд остаются их железные ядра,
которые не могут синтезировать тяжёлые элементы. Та энергия, которая
сдерживала эти звёзды от коллапса из-за их собственного гравитационного
влияния, заканчивается. Это приводит к коллапсу ядер и вспышкам
сверхновых. Однако этот коллапс можно остановить, когда электроны и
протоны превратятся в море нейтронов, которым препятствует слиться
аспект квантовой физики, называемый «вырождением». Это давление
вырождения можно преодолеть, если ядро звезды имеет достаточную массу,
что приводит к коллапсу и «рождению» чёрной дыры. Но иногда изначальной
массы недостаточно и звёзды «перерождаются» в нейтронные звёзды.
Более того, это не конец ядерного синтеза, если нейтронная звезда
существует в двойной системе с другой массивной звездой, которая также
в конечном итоге «переродилась» в нейтронную звезду.
Эти сверхплотные звёзды с массами в один-два раза больше солнечной,
обращаются вокруг друг друга на узкой орбите и излучают гравитационные
волны. Гравитационные волны уносят угловой момент из системы, заставляя
нейтронные звёзды сближаться и испускать гравитационные волны с большей
интенсивностью. Это продолжается до тех пор, пока они в конечном итоге
не сольются друг с другом.
Учитывая экстремальный характер процесса, столкновения нейтронных звёзд
в таких двойных системах создают экстремально агрессивную среду.
Например, в результате этого события выбрасывается вещество, богатое
нейтронами. Считается, что это вещество важно для синтеза золота и
других тяжёлых элементов. Свободные нейтроны могут быть захвачены
другими атомными ядрами. Затем эти атомные ядра становятся тяжелее,
порождая сверхтяжёлые нестабильные изотопы. Эти нестабильные изотопы в
конечном итоге распадаются на стабильные элементы, такие как золото,
которые легче сверхтяжёлых элементов, но тяжелее железа.
Если бы учёные могли воссоздать сверхтяжёлые элементы, участвующие в
этом процессе, то они смогли бы лучше понять процесс создания золота и
других тяжёлых элементов. Синтез пяти новых изотопов — тулия-182,
тулия-183, иттербия-186, иттербия-187 и лютеция-190 — как раз
позволяет учёным воссоздать условия, в которых образуются тяжелые
элементы. Они созданы путем обстрела мишени ионами платины в FRIB. Хотя
вероятно, что именно эти изотопы и не присутствуют в обломках
нейтронных звёзд, их создание на Земле является шагом к созданию
переходных сверхтяжёлых элементов, которые в дальнейшем могут
распасться на стабильные элементы, включая золото.