Международная команда исследователей, в состав которой входят астрофизики из Исследовательского центра HUN-REN по астрономии и геонаукам и Университета Сегеда, определила временные рамки формирования Солнца. Их результаты показывают, что Солнце образовалось относительно быстро, в течение 10-20 миллионов лет, из газового материала своего места рождения и не родилось в изоляции, а в рамках более крупной звездной семьи.
В ходе своего исследования ученые сначала измерили распад полностью ионизированных ионов таллия с помощью специального ускорителя частиц в лаборатории GSI/FAIR в Германии. Основываясь на экспериментальных данных, они рассчитали количество радиоактивного свинца (205Pb), образующегося в недрах звезд. Исследователи установили временные рамки для формирования Солнца из его родительского газового материала, которые составляют от 10 до 20 миллионов лет, как указано в недавнем пресс-релизе HUN-REN CSFK.
Чтобы изучить временные рамки формирования Солнца, астрономы используют распад долгоживущих радиоактивных ядер, которые были созданы в других звездах до рождения Солнца. Хотя эти радиоактивные ядра распались за 4,6 миллиарда лет с момента образования Солнца, их продукты распада все еще могут быть обнаружены в метеоритах.
Радиоактивный свинец (205Pb) является идеальным объектом, так как это единственное радиоактивное ядро, которое может образовываться исключительно в звездах средней массы, которые примерно в два-четыре раза массивнее Солнца, путем захвата нейтронов.
На Земле радиоактивный свинец (205Pb) распадается на таллий (205Tl), захватывая атомный электрон, что приводит к превращению одного из его протонов в нейтрон. В звездах, где температуры могут достигать сотен миллионов градусов Цельсия и все электроны вырываются из атомов, может происходить обратный процесс: 205Tl распадается на 205Pb. Этот режим распада является исключительно редким.
Из-за сложного поведения этих двух ядер оценить количество радиоактивного свинца, произведенного в звездах, можно только в том случае, если исследователи понимают, как меняются скорости распада этих двух ядер с температурой в недрах звезды. Измерить эти распады в обычных лабораторных условиях проблематично, так как таллий стабилен на Земле.
Чтобы преодолеть эту проблему, группа исследователей из 37 учреждений в 12 странах измерила распад полностью ионизированных ионов таллия с помощью специализированного ускорителя частиц в GSI/FAIR в Германии. Для этого таллий необходимо было лишить всех его электронов и поддерживать в этом специальном состоянии в течение нескольких часов.
Астрофизики, включая исследователей из HUN-REN CSFK и Университета Сегеда, затем оценили количество радиоактивного свинца, выбрасываемого из звезд средней массы, рассчитывая новые звездные модели.
«Уточненные скорости распада позволяют нам с высокой степенью уверенности оценить, сколько радиоактивного свинца (205Pb) было произведено в звездах и попало в родительское газовое облако Солнца», - объяснил Балаш Сзани, аспирант Университета Сегеда.
«Сравнив количество радиоактивного свинца, полученного из метеоритов, мы пришли к выводу, что Солнце образовалось относительно быстро, в течение 10-20 миллионов лет, из газового материала своего места рождения. Это соответствует другим радиоактивным ядрам, образовавшимся в тех же звездах, что указывает на то, что наше Солнце не образовалось в изоляции, а как часть большой звездной семьи, вместе с многочисленными братьями и сестрами, которые давно разошлись и потерялись», - резюмировала Мария Лугаро, исследователь Института астрономии.
«Пионерские экспериментальные установки, междисциплинарное сотрудничество исследовательских групп в области ядерной физики и астрофизики по всему миру и много тяжелой работы помогают понять ядерные процессы, происходящие внутри звезд. Наш новый эксперимент раскрыл временные рамки событий, произошедших 4,6 миллиарда лет назад, которые привели к образованию нашего Солнца», - подчеркнул Гай Лекенби, аспирант канадского национального центра ускорителей частиц (TRIUMF) и первый автор публикации.
Исследователи посвящают свою работу своим ушедшим коллегам, Фрицу Бошу, Роберто Галлино, Хансу Гейсселю, Полу Кинле, Фрицу Нольдену и Джеральду Дж. Вассербургу, которые поддерживали это исследование на протяжении нескольких десятилетий.