Чёрные дыры способствуют синтезу лития

По расчётам физиков из Швеции и Германии, аккреция вещества на чёрные дыры в некоторых случаях должна сопровождаться образованием лития, причём общая масса его стабильных изотопов, синтезированных одной аккреционной системой, может доходить до сотых долей солнечной…

Двое физиков из Стокгольмского (Швеция) и Мюнхенского технического (Германия) университетов установили, что чёрные дыры могут способствовать синтезу стабильных изотопов лития 6Li и 7Li.

Литий входит в небольшую группу лёгких элементов, формировавшихся во время первичного нуклеосинтеза (синтеза ядер на ранних этапах развития Вселенной) в таких количествах, которые можно оценить экспериментально. Изотоп 7Li, к примеру, наблюдается в атмосферах относительно «холодных» звёзд нашей Галактики — звёзд гало и светил, принадлежащих шаровым скоплениям. Первые подобные наблюдения, выполненные более тридцати лет назад, показали, что зависимость содержания 7Li от металличности имеет протяжённый горизонтальный участок, плато. Высоту последнего, общую для звёзд с самыми разными физическими характеристиками, и принимают за первичное содержание лития-7.

С появлением свежих наблюдательных данных плато стало менее ровным. Это, впрочем, не помогло согласовать результаты опытов с модельными вычислениями, которые всё равно дают примерно в три раза более высокую оценку первичного содержания 7Li. На другие лёгкие элементы — дейтерий и гелий-4 — такое несоответствие, названное «проблемой лития», не распространяется.

Упомянутая проблема остаётся одним из самых сложных открытых вопросов современной космологии. Надеяться на её скорое решение не приходится: расчёты германо-шведской группы могут лишь усугубить расхождения между теорией первичного нуклеосинтеза и экспериментом, но никак не сгладить их.

Новый источник 6Li и 7Li авторы обнаружили при рассмотрении аккреции вещества звезды-компаньона на чёрную дыру звёздной массы. Существование двойных систем этого типа — микроквазаров — давно подтверждено рентгеновскими наблюдениями, результаты которых моделируются двумя разными способами. Модели считаются не взаимоисключающими, а дополнительными, причём в первой из них фигурируют образующиеся в пространстве около чёрной дыры «холодные» и тонкие аккреционные диски, а во второй — «горячие» аккреционные торы.

Последний вариант интересен тем, что температура внутри тора достигает поистине гигантских значений, достаточных для развития всевозможных ядерных реакций. Некоторые из них ведут к появлению изотопов лития, и общие массы производимых одной чёрной дырой 6Li и 7Li, как выяснилось, могут доходить до сотой доли солнечной.

Поскольку частота появления микроквазаров с «горячими» аккреционными торами в Млечном Пути неизвестна, оценить реальный вклад таких двойных систем в процесс синтеза лития не получится. Сомнений в том, что этот вклад в итоге окажется серьёзным, нет: даже если аккреционные торы выделяют по 10–4 солнечной массы лития-7 и сохраняются всего лишь у (0,1–1)% микроквазаров из нашей Галактики, общий объём получаемого изотопа сравним с тем, что был создан при первичном нуклеосинтезе. Не учитывать столь мощного дополнительного источника 7Li в исследованиях, посвящённых «проблеме лития», будет просто невозможно.