Общепринято считать, что такие элементы синтезируются только в экстремальных процессах слияния нейтронных звёзд
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.
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.
