Наступного разу, коли ви користуватиметесь своїм смартфоном, варто піднести очі до неба і подумки подякувати… вмираючій зірці. Точніше, варто дякувати вибухам, що відбуваються на особливому класі небесних тіл, відомих як білі карлики. Вчені довгий час роздумували над тим, звідки походить увесь той літій, що живить наші телефони та значну частину сучасного світу. Це може здатися дивним, адже літій був одним із лише трьох елементів, що утворилися в перші миті після Великого вибуху – іншими були водень і гелій. Однак утворений тоді літій був присутній лише в слідових кількостях, і коли астрономи досліджували старіші зорі, вони виявили, що літію було навіть менше, ніж очікувалося. Цю невідповідність можна пояснити тенденцією більших зірок втягувати літій всередину до свого ядра, де він руйнується.
Проте, коли вчені вивчають молоді зорі, виявляється зворотна картина — ці зорі містять значно більше літію, ніж попередні покоління. Це спонукає запитання: звідки ж береться весь цей літій? Відповідь була знайдена, коли вчені нещодавно повторно проаналізували дані нових, що спалахнула у грудні 2013 року. Повторний аналіз став можливим після того, як було виявлено, що білий карлик знаходиться ближче, ніж вважалося спочатку, що дозволило отримати значущі дані зі спостережень. Давайте проллємо світло на те, як вибухи на далеких зірках — білих карликах — допомагають створювати літій-іонні батареї, що, можливо, живлять пристрій, на якому ви зараз читаєте цю новину.
Як нові виробляють літій
Білий карлик утворюється, коли зірка приблизно такого ж розміру, як Сонце, вичерпує все своє ядерне паливо. На цій стадії зовнішні та легші шари зірки викидаються, утворюючи планетарну туманність, а те, що залишається, — це щільне внутрішнє ядро. Це і є білий карлик. У більшості випадків білий карлик є частиною подвійної або багатокомпонентної зоряної системи. За оцінками, близько 85% усіх зірок існують у таких системах. Це велика удача для наших смартфонів та інших електричних пристроїв, оскільки природа цих взаємин може спричинити термоядерні вибухи, відомі як нові. Простіше кажучи, нова виникає, коли білий карлик гравітаційно накопичує надлишкову матерію від сусідньої зірки. Це призводить до зростання тиску і температури на поверхні, доки вся ця напруга не вивільняється у вигляді масивного кільцеподібного вибуху.
Саме спостереження такого вибуху Міжнародною лабораторією астрофізики гамма-випромінювання (INTEGRAL) Європейського космічного агентства у 2013 році розв’язало літієву загадку. Недавній повторний аналіз даних підтвердив наявність гамма-променів з енергією 478 кілоелектронвольт. Хоча це може здатися випадковим фактом, саме такий рівень енергії гамма-промені виробляють, коли берилій-7 радіоактивно розпадається на літій-7. Кількість виробленого літію вимірювалася в одиницях сонячної маси, де одна сонячна маса еквівалентна масі Сонця. За цією шкалою було підраховано, що нова виробила літій загальною масою 100 мільйонних частин сонячної маси. Цього достатньо, щоб живити смартфон чи два.
Довідкова інформація:
Літій — це хімічний елемент з атомним номером 3, найлегший метал у світі. Він відіграє незамінну роль у сучасних технологіях завдяки своїй високій електрохімічній активності, що робить його ідеальним для літій-іонних акумуляторів. Ці акумулятори використовуються в широкому спектрі пристроїв — від смартфонів та ноутбуків до електромобілів та систем накопичення енергії. Його початкова кількість у Всесвіті була надзвичайно малою, утворена під час первинного нуклеосинтезу одразу після Великого вибуху разом з воднем та гелієм.
Білий карлик — це щільне зоряне ядро, що залишилося після того, як зірка з малою або середньою масою (подібна до нашого Сонця) вичерпала своє ядерне паливо та скинула свої зовнішні шари. Білі карлики є одними з найщільніших об’єктів у Всесвіті, поступаючись лише нейтронним зорям і чорним дірам. Одна чайна ложка матеріалу білого карлика може важити кілька тонн.
Нова (від латинського “nova stella” — нова зірка) — це раптове, тимчасове збільшення яскравості зірки, спричинене термоядерним вибухом на поверхні білого карлика. Це відбувається, коли білий карлик у подвійній зоряній системі притягує матерію (переважно водень і гелій) від свого зіркового компаньйона. Накопичена речовина нагрівається і стискається, доки не досягне критичної температури та тиску, що призводить до термоядерної реакції, яка вивільняє величезну кількість енергії і робить зірку набагато яскравішою протягом кількох днів або тижнів.
Берилій-7 — це нестабільний ізотоп берилію. Він є надзвичайно важливим у контексті утворення літію, оскільки саме розпад берилію-7 шляхом захоплення електрона є основним способом виробництва літію-7 (найпоширенішого стабільного ізотопу літію) у космосі, зокрема під час спалахів нових. Виявлення гамма-променів з енергією 478 кілоелектронвольт є прямим свідченням цього процесу.
Міжнародна лабораторія астрофізики гамма-випромінювання (INTEGRAL) — це космічна обсерваторія Європейського космічного агентства (ЄКА), запущена у 2002 році. Її головна мета — вивчення найенергетичніших явищ у Всесвіті, таких як гамма-сплески, чорні діри, нейтронні зірки та наднові, шляхом спостереження за космічними джерелами гамма-променів. INTEGRAL надав унікальні дані про різні астрономічні процеси, зокрема і ті, що стосуються нуклеосинтезу елементів.
