Czarne dziury mogą być fabrykami złota. Potrzeba tylko odpowiednich warunków
Procesy zachodzące w bezpośrednim otoczeniu dopiero co powstałych czarnych dziur mogą umożliwiać powstawanie nowych pierwiastków, tak jak ma to miejsce w eksplozjach supernowych, które do dzisiaj uważa się za jedyne miejsca, w których powstają nowe pierwiastki.
Tuż po Wielkim Wybuchu młody wszechświat wypełniony był wodorem, helem i śladowymi ilościami litu. Przez pierwszych kilkaset milionów lat nie istniały żadne inne pierwiastki. Dopiero gdy powstały pierwsze gwiazdy i zachodzące w ich wnętrzach procesy fuzji pozwoliły tworzyć nowe pierwiastki, we wszechświecie zrobiło się nieco bardziej różnorodnie. Najmasywniejsze gwiazdy w swoich wnętrzach generowały coraz cięższe pierwiastki, począwszy od węgla, a na żelazie kończąc w przypadku najmasywniejszych gwiazd. Żelazo stanowi jednak punkt krytyczny, którego we wnętrzu gwiazdy nie da się przekroczyć. Ilość ciepła i energii niezbędnych do stworzenia żelaza w procesie fuzji przewyższa ilość energii powstającej w tym procesie. W efekcie temperatura w jądrze gwiazdy przestaje rosnąć. Jądro gwiazdy ulega kolapsowi i gwiazda eksploduje w procesie supernowej.
To właśnie w tym momencie, w eksplozji supernowej, która sprawia, że gwiazda przez moment blaskiem może przyćmić nawet blask całej swojej galaktyki, powstają wszystkie pierwiastki cięższe od żelaza. To w eksplozji supernowej podczas jednoczesnego wychwytu wielu neutronów w tzw. procesie r powstają nuklidy cięższe od żelaza. Cały proces przechwytywania neutronów musi być na tyle szybki, aby przed przyłączeniem kolejnego neutronu do jądra atomu nie dochodziło do rozpadu radioaktywnego. To właśnie w ten sposób we wszechświecie powstaje złoto, srebro, tor czy uran. Tak, tak, atomy tworzące twój złoty pierścionek czy obrączkę powstały najprawdopodobniej w wybuchu jakiejś umierającej masywnej gwiazdy.
Możliwe jednak, że to nie jedyne fabryki ciężkich pierwiastków
W najnowszym artykule naukowym naukowcy wskazują, że ciężkie pierwiastki mogą także powstawać w pierścieniach materii otaczających nowo powstałe czarne dziury, które aktywnie pożerają pył i gaz ze swojego otoczenia.
Symulacje komputerowe wskazują, że właśnie w takim środowisku może powstawać bardzo dużo neutrin, które umożliwiają zamianę protonów w neutrony, które z kolei dokładnie tak jak w przypadku supernowej, mogą przyłączać się do jąder innych atomów, tworząc coraz cięższe nuklidy.
Szczegółowa analiza tempa powstawania neutronów w różnego rodzaju dyskach akrecyjnych wokół czarnych dziur wykazała, że wiele różnych dysków może być bogatych w neutrony, które potencjalnie umożliwiają powstawanie ciężkich pierwiastków.
Gdzie takie dyski można znaleźć? Chociażby wokół nowych czarnych dziur powstałych wskutek zderzenia dwóch gwiazd neutronowych lub też w kolapsarze, czyli po zapadnięciu się jądra masywnej gwiazdy bezpośrednio w czarną dziurę. W obu tych sytuacjach nowo powstała czarna dziura będzie otoczona niezwykle gęstym pierścieniem materii, która intensywnie będzie wpadała do nowej czarnej dziury. Właśnie wtedy może dochodzić do intensywnej emisji neutrin, które z kolei przechwytując elektrony, będą zamieniały protony w neutrony, a te z kolei zderzając się z atomami w procesie r będą prowokowały powstawanie cięższych pierwiastków.
Manipulując parametrami takich czarnych dziur, naukowcy ustalili, że do produkcji ciężkich pierwiastków dochodzi tylko w sytuacji, gdy masa dysku akrecyjnego wokół czarnej dziury znajduje się w przedziale od 1 do 10 proc. masy Słońca. Gdy masa jest mniejsza lub większa, proces ten nie zachodzi.
Teraz naukowcy muszą jedynie ustalić jak ze światła emitowanego w procesie zderzenia gwiazd neutronowych oszacować masę dysku akrecyjnego. Jeżeli by się to udało, wiedzielibyśmy, ile takich czarnych fabryk ciężkich pierwiastków znajduje się w naszym kosmicznym otoczeniu. Być może jednak istnieje szansa, że twój pierścionek nie powstał w eksplozji supernowej, a tuż przy krawędzi czarnej dziury. To by było już coś!
