Как Вселенная создает золото
Иллюстрация горячего, плотного, расширяющегося облака обломков, от нейтронных звезд незадолго до того, как они столкнулись. Изображение NASA Центра космических полетов Goddard / CI Lab.
Наконец, ученые поняли, как Вселенная производит золото. Они увидели, как оно создается в космическом огне двух сталкивающихся звезд через гравитационную волну, которую они излучали.
В течение тысяч лет люди искали способ превратить вещество в золото. Древние алхимики считали этот драгоценный металл наивысшей формой материи. По мере развития человеческого знания мистические аспекты алхимии уступили место наукам, которые мы знаем сегодня. И все же, несмотря на все наши достижения в области науки и техники, история происхождения золота оставалась неизвестной. До сих пор.
Наконец, ученые знают, как Вселенная производит золото. Используя наши самые современные телескопы и детекторы, мы смогли обнаружить, что оно создается в космическом огне двух сталкивающихся звезд, впервые обнаруженных LIGO через гравитационную волну, излучаемую обсерваторией.
Происхождение элементов.
Ученым удалось собрать кусочки, из которых вытекают многие элементы периодической таблицы. Большой взрыв создал водород, самый легкий и самый распространенный элемент. Когда звезды сияют, они перерабатывают водород в более тяжелые элементы, такие как углерод и кислород, элементы жизни. В свои последние годы звезды создают общие металлы — алюминий и железо — и выбрасывают их в космос при различных типах взрывов сверхновых.
На протяжении десятилетий ученые предполагали, что эти звездные взрывы также объясняют происхождение самых тяжелых и самых редких элементов, таких как золото. Это зависит от объекта, оставленного после смерти массивной звезды: нейтронной звезды. Нейтронные звезды в полтора раза превосходят массу солнца, однако, их диаметр около 15 километров. Чайная ложка материала с их поверхности весит 10 миллионов тонн.
Многие звезды во Вселенной находятся в двоичных системах — две звезды, связанные гравитацией и вращающиеся вокруг друг друга. Пара массивных звезд может в конечном итоге стать парой нейтронных звезд. Нейтронные звезды вращаются вокруг друг друга в течение сотен миллионов лет. Но Эйнштейн говорил, что их танец не может длиться вечно. В конце концов, они должны столкнуться.
Обнаруженное массивное столкновение.
Утром 17 августа 2017 года пульсация в космосе прошла через нашу планету. Она был обнаружена детекторами гравитационных волн LIGO и Virgo. Это космическое возмущение исходило от пары нейтронных звезд, сталкивающихся со скоростью в одну треть скорости света. Энергия этого столкновения была невообразима.
Услышав о столкновении, астрономы по всему миру, принялись за работу. Телескопы большие и мелкие сканировали участок неба, откуда пришли гравитационные волны. Двенадцать часов спустя три телескопа увидели новую звезду, названную «килоновой», в галактике NGC 4993, примерно в 130 миллионов световых лет от Земли.
Астрономы захватили свет от космического огня столкнувшихся нейтронных звезд. Пришло время направить самые большие и лучшие в мире телескопы на новую звезду, чтобы увидеть видимый и инфракрасный свет от последствий столкновения. В Чили телескоп Gemini повернул свое большое 26-футовое зеркало к килоновой. NASA направило Хаббл туда же.
Подобно тому, как угли интенсивного костра становятся холодными и тусклыми, послесвечение этого космического огня быстро исчезло. Через несколько дней видимый свет исчез, оставив теплый инфракрасный свет, который также исчез.
Наблюдение за мирозданием ковки золота. Но в этом затухающем свете был закодирован ответ на давний вопрос о том, как производится золото. Просветите солнечный свет через призму, и вы увидите спектр нашего солнца — цвета радуги распространяются от коротковолнового синего света до длинноволнового красного света. Этот спектр содержит отпечатки элементов, связанных и созданных на Солнце. Каждый элемент отмечен уникальным отпечатком линий в спектре, отражающим разную атомную структуру. Спектр килоновы содержал отпечатки самых тяжелых элементов во Вселенной. Его свет несет контрольную сигнатуру материала нейтронной звезды, распадающегося на платину, золото и другие, так называемые элементы «r-процесса».
Впервые люди увидели алхимию в действии, Вселенная превратила вещество в золото. И не просто небольшое количество: это одно столкновение создало по меньшей мере 10 золотых Земель. Возможно на вас сейчас золотые или платиновые украшения. Взгляните на них. Этот металл был создан в атомном огне столкновения нейтронных звезд в нашей собственной галактике миллиарды лет назад — столкновение, подобное тому, которое наблюдали 17 августа.
Что станет с золотом, произведенном в этом столкновении? Оно будет выброшено в космос, и смешается с пылью и газом из своей галактики-хозяина. Возможно, однажды оно станет частью новой планеты, жители которой приступят к тысячелетнему поиску, чтобы понять его происхождение.
Источник
Во Вселенной слишком много золота. И никто не знает, откуда оно взялось
Золото кажется нам редким и дорогим металлом, но его в наблюдаемой нами Вселенной все еще гораздо больше, чем должно быть. И ученые не знают, почему так произошло.
И вот в чем проблема: золото — это элемент, а это означает, что вы не можете получить его путем обычных химических реакции, хотя алхимики пытались это сделать веками. Чтобы создать этот блестящий металл, вам нужно связать вместе 79 протонов и 118 нейтронов, чтобы сформировать единое атомное ядро. Это сложная и энергоемкая реакция ядерного синтеза. Но такой интенсивный синтез не происходит достаточно часто, по крайней мере, поблизости от нас, чтобы создать все те запасы золота, который мы находим на Земле и в других местах Солнечной системы.
Новое исследование показало, что наиболее распространенный процесс производства золота — столкновения нейтронных звезд — не может объяснить его изобилие. Так откуда же взялось все это золото? Ну, этот драгоценный металл также может создаваться при взрывах сверхновых. Только вот новая работа показала, что даже такие необычные космические явления не могут объяснить все количество золота, что мы видим.
При столкновениях нейтронных звезд за короткое время выделяется огромное количество энергии, что позволяет связать несколько легких элементов в тяжелые атомные ядра, такие как золото, и затем выкинуть их в космос. Что касается обычных сверхновых, то они вообще не отвечают за золото в привычной нам Вселенной, потому что звезды, достаточно массивные, чтобы создать этот драгметалл перед смертью, во-первых, очень редки, а, во-вторых, становятся черными дырами при взрыве, объясняет Чиаки Кобаяши, астрофизик из Университета Хартфордшира в Соединенном Королевстве и автор нового исследования. Так что при взрыве обычной массивной сверхновой золото просто попадает в черную дыру и теряется для нас навсегда.
А что насчет необычных сверхновых? Да, такие действительно есть и называются магнитовращательными, и они являются «очень редким типом сверхновой, очень быстро вращающейся», — сказала Кобаяши.
Во время превращения в магнитовращательную сверхновую умирающая звезда вращается настолько быстро и подвергается воздействию таких сильных магнитных полей, что при взрыве буквально выворачивается наизнанку. При этом она запускает в космос раскаленные струи вещества. А поскольку при превращении звезды в сверхновую выделяется огромное количество энергии, то в таких струях может содержаться в том числе и только что синтезированное золото. Проблема в том, что звезды, достаточно массивные, чтобы синтезировать золото, встречаются редко. Звезды, которые синтезируют золото, а затем выбрасывают его в космос, встречаются еще реже.
Но даже нейтронные звезды вместе с магнитовращательными сверхновыми не могут объяснить изобилие золота в наблюдаемой нами Вселенной, как выяснили Кобаяши и ее коллеги. «В этой загадке есть два важных момента», — сказала она. «Момент номер один: слияния нейтронных звезд недостаточно. Момент номер два: даже со вторым источником мы все еще не можем объяснить наблюдаемое количество золота».
По ее словам, прошлые исследования подтвердили, что столкновения нейтронных звезд действительно вызывают «дожди из золота». Но эти исследования не учитывали редкость таких столкновений. Трудно точно оценить, как часто крошечные нейтронные звезды, которые сами являются сверхплотными остатками древних сверхновых, сталкиваются друг с другом. Но, в любом случае, едва ли такие коллизии постоянно происходят во Вселенной: ученые видели, как это происходило, лишь однажды. Кобаяши и ее коллеги обнаружили, что даже приблизительные оценки показывают, что нейтронные звезды не сталкиваются достаточно часто, чтобы произвести все золото, обнаруженное в Солнечной системе.
«Это исследование не первое, в котором предполагается, что столкновений нейтронных звезд недостаточно для объяснения изобилия золота во Вселенной», — сказал Ян Родерер, астрофизик из Мичиганского университета, который ищет следы редких элементов в далеких звездах.
Но новая статья Кобаяши и ее коллег, опубликованная в The Astrophysical Journal, имеет одно важное преимущество: она чрезвычайно тщательная, сказал Родерер. Исследователи собрали огромное количество данных и включили их в надежные модели эволюции галактик и производства в них новых химических веществ. «В новой работе есть ссылки на 341 другую публикацию, что примерно в три раза больше, чем в типичных статьях в Astrophysical Journal в наши дни», — говорит Родерер. По его словам, собрать все эти данные вместе требует «титанических усилий».
У золота много различных применений. Например, им покрывали ножки старых процессоров.
Используя этот подход, авторы смогли объяснить образование как легких атомов, таких как углерод-12 (шесть протонов и шесть нейтронов), так и тяжелых, как уран-238 (92 протона и 146 нейтронов). По словам Родерера, это впечатляющий диапазон, охватывающий элементы, которые обычно игнорируются в подобных исследованиях.
И в основном расчеты дали правильные результаты.
Например, при столкновении нейтронных звезд в модели Кобаяши образуется стронций. Это соответствует обнаружению стронция в космосе после одного такого столкновения, которое ученые непосредственно наблюдали. К тому же магнитовращательные сверхновые объяснили присутствие в космосе еще одного редкого тяжелого элемента — европия, который в прошлом было сложно объяснить.
Но золото остается загадкой.
Кобаяши считает, что где-то в космосе есть нечто, о чем ученые не знают, которое активно производит золото. Или, возможно, столкновения нейтронных звезд приносят больше золота, чем предполагают существующие модели. В любом случае астрофизикам предстоит проделать еще много работы, прежде чем они смогут объяснить, откуда взялся весь этот драгоценный металл для красивых побрякушек.
Источник
Различные теории происхождения золота
Происхождение золота интересует многих, ведь невероятной красоты металл известен человечеству настолько давно, что трудно назвать конкретную дату. Впрочем, вопрос происхождения драгоценных металлов до сих пор открыт. Существует несколько теорий, которые могут рассказать о том, откуда на нашей планете появилось золото, серебро и платина. Ученые то сходятся во мнении, то спорят, апеллируя к новым фактам и теориям.
Откуда появилось золото на Земле?
Теории происхождения золота
Точно сказать, откуда на Земле появилось золото, не способен ни один ученый. Пока сильные умы мира сего строят гипотезы и теряются в догадках, люди создают легенды, в которых превозносят желтый металл, его красоту и характеристики до небес.
Существует много поверий, которые рассказывают о том, когда и как появился Au на Земле. Этот элемент находится практически везде. Обычному человеку сложно представить, но в его теле содержится около 10 мг благородного металла. Золото есть в воде рек и океанов, оно находится в почве и растениях.
Так откуда взялось золото? Существует две основные теории, которые рассматривают вопрос о том, как элемент появился на нашей планете.
- Одна теория рассказывает о том, что металл возник здесь уже после образования планеты. Au стал ее частью, когда на Земле бушевали вулканы и атмосфера была неблагоприятна для создания жизни. Ядро Земли было раскалено настолько, что притягивало к себе железо и другие металлы, охлаждаясь за их счет. В процессе подобной вулканической активности и появилось золото. Оно образовалось за несколько столетий и постепенно вышло на поверхность за счет извержений вулканов, землетрясений и наводнений.
- Вторая теория рассказывает о том, что Au как элемент на нашей планете появился еще в момент ее формирования. Золото пришло к нам из космоса. Метеориты, падая на землю, «делали» запасы Au. Постепенно частицы метеоритов стали составляющим породы и превратились в крупные и не очень месторождения золота.
Известно, что количество всего добытого золота за время существования настолько ничтожно, что его можно сравнить с количеством железа, которое человечество добывает за один день. Добыча Au связана с определенными трудностями, и зачастую залежи металла настолько глубоко расположены в недрах земли, что извлечь его из породы просто невозможно.
Да, действительно никто не оспаривает, что вулканические процессы в недрах земли поспособствовали образованию благородного металла. Но это вовсе не говорит о том, что вулканы стали первопричиной преобразования железа или другого металла в Au.
Да к тому же условия, царившие на планете сложно назвать благоприятными для образования залежей золота. Даже самые высокие температуры не способны превратить алюминий или никель в благородный металл.
Если рассуждать о второй теории, то она считается наиболее близкой к истине. Дело в том, что о космическом происхождении металлов ученые рассуждают довольно давно. Они сравнивают количество метеоритных дождей и гамма-взрывов с количеством добытого Au.
Космическая версия происхождения золота
Вполне вероятно, что на момент формирования нашей планеты золото уже существовало, по этой причине оно довольно близко расположено к ядру Земли. Метеоритный дождь, падение астероидов и прочие катаклизмы привели к тому, что количество этого металла на нашей планете значительно увеличилось.
Исследования частиц метеоритов и других небесных тел показали, что благородные металлы неизменно присутствуют в их составе. Кстати, если переплавить все золото мира, которое было добыто человечеством и то, что находится в недрах земли, его хватит, чтобы покрыть всю поверхность нашей планеты четырехметровым слоем.
Металл мог появиться на планете и после гамма-взрыва, который дал мощную волну энергии и помог пополнить запасы золота. Впрочем, это тоже только теория, которая не дает ответа на вопрос.
Ранее считалось, что металл образовывается в недрах земли в толщах магматических пород. При извержении вулканов, под действием температур элементы каким-то образом перевоплощались в благородные металлы. После под действием тех же самых извержений Au и другие элементы вышли на поверхность. А часть золота осталась в ядре. Впрочем, эта теория позднее была подвергнута жесткой критике и признана маловероятной.
Естественно, что это не все теории, которые были выдвинуты учеными. От некоторых гипотез пришлось отказаться, поскольку они были опровергнуты. Другие же превратились в фантастические истории и также не нашли подтверждения. Но наука не стоит на месте и сегодня существует одна теория, которая признана мировой общественностью как наиболее реальная.
Современный взгляд на ситуацию
В земной коре достаточно полезных элементов, но большая часть золота находится в ядре. По этой причине ученые задумались о том, что повлияло на процесс формирования залежей благородного металла.
Существует теория, что металл появился на нашей планете, как и пыль, он просто годами оседал на поверхности земли. В те годы наша планета находилась в расплавленном состоянии, происходило это после взрыва. Земля сама притягивала космическую пыль, в которой содержался Au.
В космосе пыль с высокой концентрацией благородных металлов образовалась в процессе разрушения нейтронных звезд. Это своеобразные космические тела, которые возникли в процессе эволюции звезд. Поскольку пыль присутствует повсеместно, это объясняет, почему золото содержится в организме человека, животных, растений, воде и почве.
Но есть один нюанс: ученым удалось установить, что некоторое количество Au содержится в астероидах и метеоритах. Но вот доказать то, что металл оседал на поверхности земли в качестве пыли, пока не удалось. Но и опровергнуть эту теорию исследователи пока не в состоянии.
Но не только пыль от разрушенных нейтронных звезд содержит благородный металл. Некоторая часть его появилась на земле при тяжелой бомбардировке. Произошло это примерно четыре миллиардов лет назад. А еще в результате бомбардировки на Луне образовалось большое количество кратеров. Итак, астероиды падали на нашу планету и постепенно смешивались с почвой, они глубоко проникали в породу и, распавшись на миллионы частиц, превратились в месторождения благородного металла.
Если говорить о правдоподобности, то эту теорию можно считать наиболее реалистичной. Она помогает объяснить, откуда на нашей планете появился металл и каким образом он на нее попал.
Au в большом количестве находится в ядре, но этот металл имеет расплавленное состояние. Его добыча связана с определенными трудностями, по этой причине ее считают нерентабельной. Еще Au есть в водах мирового океана: если сложить все количество элемента, которое присутствует в воде, то получится весьма приличное количество золота. Но пока люди так и не нашли способа добывать металл из воды.
В земной коре Au тоже есть, но его содержание невелико, в основном металл добывают совместно с рудой.
Интересные факты о Au
Существуют некоторые сведения, которые могут показаться интересными, они также касаются благородного металла:
- Ученым удалось установить, что на нашей планете никогда не существовало и не могло существовать условий для формирования или образования благородного металла. По этой причине золото явно имеет космическое происхождение.
- Наибольшей популярностью металл пользовался в XIV веке в империи инков. Инки считали, что золото имеет божественное происхождение и по этой причине преподносили богам в дар фигурки, выполненные из этого металла. Империя создала храм, который изнутри был отделан пластинами из Au. Когда испанцы узнали о таких богатствах империи, они были потрясены не только красотой изделий из золота, но и размерами его добычи.
- Сегодня добыча Au связана с большими трудностями. Около 80–90 % стоимости благородного металла — это затраты на поиск нового месторождения, его разведку и разработку. Все остальное — это работа мастера, который изготавливает изделия (если речь идет о драгоценностях).
- Точное количество золота, которое было добыто человечеством, неизвестно. Говорят, что если весь металл собрать и переплавить в один кусок, то он будет иметь форму куба величиной с теннисный корт. Высота куба не будет превышать двух метров.
- Многим известно, что человечество не раз страдало от золотой лихорадки, но если оценивать все объемы добычи, то больше всего металла добывали в 70 годах XX века.
- Au, по мнению инвесторов, самый стабильный металл. Инвестиции в золото неизменно приносят прибыль и помогают обогатиться. Наибольшей популярностью Au пользуется в странах Азии и Индии.
- Долгое время на территории Руси не удавалось обнаружить ни одного крупного месторождения Au. Металл закупали за границей, а все старания правителей сводились на нет. За несколько лет поисков удалось найти лишь небольшой самородок, из которого сделали царю перстень.
На протяжении многих веков Au — это символ богатства и благополучия. Желтый цвет металла покорил многих. Конечно, ученые ведут споры о том, каким образом элемент попал на нашу планету и откуда он, вообще, взялся. А человечество продолжает наслаждаться красотой этого металла, даже не задумываясь о том, какое происхождение имеет золото. Пусть появляется новая информация, теории и легенды, мифы и гипотезы, золото всегда было окутано тайной. Может быть, по этой причине оно манит и завораживает людей.
Источник