Мягкая или твёрдая? Спор о том, что находится внутри нейтронной звезды

https://www.quantamagazine.org/squishy-or-solid-a-neutron-stars-insides-open-to-debate-20171030/
  • Перевод

Ядро нейтронной звезды находится в таком экстремальном состоянии, что физики не могут договориться о том, что происходит внутри неё. Но новый космический эксперимент — и несколько сталкивающихся нейтронных звёзд — должны показать, могут ли ломаться нейтроны




Предупреждения начали приходить рано утром 17 августа. Гравитационные волны, порождённые столкновением двух нейтронных звёзд — плотных ядер умерших звёзд — омывали Землю. Более 1000 физиков обсерватории aLIGO (Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory — лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) поспешили расшифровать вибрации пространства-времени, прокатившиеся по детекторам подобно долгому раскату грома. Тысячи астрономов боролись за право стать свидетелями послесвечения. Однако официально весь этот переполох держался в секрете. Нужно было собирать данные и писать научные работы. Внешний мир не должен был узнать об этом ещё два месяца.

Этот строгий запрет поставил Джоселин Рид и Катерино Чатциоаноу, двух членов коллаборации LIGO, в неловкое положение. Днём 17 числа они должны были вести конференцию, посвящённую вопросу о том, что происходит в невообразимых условиях внутренностей нейтронной звезды. А их темой как раз было то, как должно происходить слияние двух нейтронных звёзд. «Мы вышли на перерыв, сели и уставились друг на друга, — говорит Рид, профессор Калифорнийского университета в Фуллертоне. — Так как же мы это сделаем?»

Десятилетиями физики спорили о том, содержат или нет нейтронные звёзды в себе новые виды материи, появляющиеся, когда звезда ломает привычный мир протонов и нейтронов и создаёт новые взаимодействия между кварками или другими экзотическими частицами. Ответ на этот вопрос также пролил бы свет на астрономические загадки, окружающие сверхновые и появление тяжёлых элементов, вроде золота.

Кроме наблюдения за столкновениями при помощи LIGO, астрофизики разрабатывали творческие методы зондирования нейтронной звезды. Задача состоит в том, чтобы узнать какие-либо свойства её внутренних слоёв. Но сигнал, пришедший на LIGO, и подобные ему — испускаемые двумя нейтронными звёздами, обращающимися вокруг общего центра масс, притягивающимися друг к другу, и, наконец, врезающимися — предлагает совершенно новый подход к проблеме.

Странная материя


Нейтронная звезда — это сжатое ядро массивной звезды, очень плотные угли, оставшиеся после сверхновой. Её масса сравнима с солнечной, но сжата она до размеров города. Таким образом, нейтронные звёзды служат плотнейшими резервуарами материи во Вселенной — «последнее вещество на рубеже чёрной дыры», как говорит Марк Алфорд, физик из Вашингтонского университета в Сент-Луисе.

Пробурив такую звезду, мы бы приблизились к переднему краю науки. Пара сантиметров нормальных атомов — в основном, железо и кремний — лежат на поверхности, будто ярко-красное покрытие самых плотных сосательных конфет Вселенной. Затем атомы так сильно сжимаются, что теряют электроны, попадающие в общее море. Ещё глубже протоны начинают превращаться в нейтроны, находящиеся так близко, что они начинают перекрывать друг на друга.


Необыкновенное ядро нейтронной звезды. Физики пока ещё обсуждают, что именно находится внутри неё. Вот несколько основных идей.

Традиционная теория


Атмосфера — лёгкие элементы вроде водорода и гелия
Внешняя оболочка — ионы железа
Внутренняя оболочка — решётка ионов
Внешнее ядро — богатые нейтронами ионы в море свободных нейтронов

А что внутри?


  • В кварковом ядре нейтроны разваливаются на верхние и нижние кварки.
  • В гиперонном существуют нейтроны, состоящие из странных кварков.
  • В каонном — двухкварковые частицы с одним странным кварком.

Теоретики спорят о том, что происходит дальше, когда плотность в 2-3 раза начинает превышать плотность нормального атомного ядра. С точки зрения ядерной физики нейтронные звёзды могут просто состоять из протонов и нейтронов, то есть, нуклонов. «Всё можно объяснить вариациями нуклонов», — говорит Джеймс Латтимер, астрофизик из Университета в Стони-Брук.

Другие астрофизики считают иначе. Нуклоны — не элементарные частицы. Они состоят из трёх кварков [на самом деле, нет — прим. перев.]. Под невероятно сильным давлением кварки могут сформировать новое состояние — кварковую материю. «Нуклоны — это не бильярдные шары», — говорит Дэвид Блашке, физик из Вроцлавского университета в Польше. «Они больше похожи на вишенки. Их можно немного сжимать, но в какой-то момент вы их раздавите».

Но некоторые считают джем из кварков слишком простым вариантом. Теоретики давно думают о том, что внутри нейтронной звезды могут появляться слои из более странных частиц. Энергия сжимаемых вместе нейтронов может перейти в создание более тяжёлых частиц, содержащих не только верхние и нижние кварки, из которых состоят протоны и нейтроны, но и более тяжёлые и экзотические странные кварки.

К примеру, нейтроны могут уступать место гиперонам, трёхкварковым частицам, в которые входит по меньшей мере один странный кварк. В лабораторных экспериментах гипероны получались, но они практически сразу исчезали. Внутри нейтронных звёзд они могут стабильно существовать миллионы лет.

Как вариант, скрытые глубины нейтронных звёзд могут быть заполнены каонами — также состоящими из странных кварков — собирающимися в один кусок материи, находящийся в едином квантовом состоянии.

Но несколько десятилетий поле этих исследований было в тупике. Теоретики изобретали идеи по поводу того, что может происходить внутри нейтронных звёзд, но это окружение настолько экстремальное и малознакомое, что эксперименты на Земле не могут воссоздать нужных условий. В Брукхейвенской национальной лаборатории и в ЦЕРН физики сталкивают друг с другом тяжёлые ядра, например, золота и свинца. Это создаёт состояние материи, напоминающее суп частиц, в котором присутствуют свободные кварки, известное, как кварк-глюонная плазма. Но это вещество получается разреженным, не плотным, а его температура в миллиарды или триллионы градусов оказывается гораздо выше, чем у внутренностей нейтронной звезды, внутри которой царят относительно прохладные температуры в миллионы градусов.

Даже теория возрастом в несколько десятилетий, описывающая кварки и ядра, "квантовая хромодинамика" или КХД, не может дать ответов на эти вопросы. Вычисления, требующиеся для изучения КХД в относительно холодных и плотных средах до такой степени ужасно сложные, что их нельзя провести даже на компьютере. Исследователям остаётся довольствоваться чрезмерными упрощениями и разными трюками.

Единственный вариант — изучать сами нейтронные звёзды. К несчастью, они очень далеки, тусклы, и очень сложно измерить у них что-либо кроме самых основных свойств. Что ещё хуже, самая интересная физика происходит под их поверхностью. «Ситуация напоминает лабораторию, в которой происходит что-то удивительное, — говорит Алфорд, — в то время, как вы можете видеть только свет из её окон».

Но с новым поколением экспериментов теоретики могут, наконец, вскоре взглянуть на это как следует.



Инструмент NICER прямо перед запуском на МКС. Он отслеживает рентгеновское излучение нейтронных звёзд

Мягкое или твёрдое?


Что бы ни находилось в ядре нейтронной звезды — свободные кварки, конденсат каонов, гипероны или старые, добрые нуклоны — этот материал должен держаться против сокрушительной гравитации, превышающей солнечную. Иначе звезда схлопнулась бы в чёрную дыру. Но разные материалы могут сжиматься гравитацией в разной степени, что определяет максимально возможный вес звезды для заданного физического размера.

Астрономы, вынужденные оставаться снаружи, распутывают эту цепочку, пытаясь понять, из чего состоят нейтронные звёзды. А для этого очень хорошо было бы знать, насколько они мягкие или жёсткие на сжатие. Чтобы узнать это, астрономам необходимо измерить массы и радиусы различных нейтронных звёзд.

Среди нейтронных звёзд легче всего взвешивать пульсары: быстро вращающиеся нейтронные звёзды, радиолуч которых проходит сквозь Землю с каждым их поворотом. Порядка 10% из 2500 известных пульсаров относятся к двойным системам. В процессе движения этих пульсаров те их импульсы, что должны с равными промежутками достигать Земли, варьируются, выдавая движение пульсаров и их положение на орбитах. А зная орбиты, астрономы могут, воспользовавшись законами Кеплера и дополнительными поправками Эйнштейна и ОТО, находить массы этих парочек.

Пока что крупнейшим прорывом стало открытие неожиданно здоровых нейтронных звёзд. В 2010 году команда под руководством Скотта Рэнсома в Национальной радиоастрономической обсерватории Виргинии объявила, что измерила массу пульсара и нашла её равной двум солнечным — что гораздо больше ранее виденного. Некоторые даже сомневались в возможности существования таких нейтронных звёзд; это приводит к серьёзным последствиям для нашего представления о поведении ядер атомов. «Сейчас это одна из самых часто цитируемых работ по наблюдению за пульсарами, и всё благодаря физикам-ядерщикам», — говорит Рэнсом.

В соответствии с некоторыми моделями нейтронных звёзд, утверждающих, что гравитация должна их сильно сжимать, объект такой массы должен схлопнуться в чёрную дыру. Каонные конденсаты в таком случае пострадают, поскольку они достаточно мягкие, а также это не очень хорошо для некоторых вариантов квантовой материи и гиперонов, которые тоже сжались бы слишком сильно. Измерение было подтверждено открытием ещё одной нейтронной звезды, имеющей массу в две солнечных, в 2013 году.


Ферьял Озель, астрофизик из Аризонского университета, провела измерения, из которых следует, что в ядрах нейтронных звёзд содержится экзотическая материя

С радиусами всё немного сложнее. Астрофизики, например, Ферьял Озель из Аризонского университета, разработала различные приёмы для подсчёта физического размера нейтронных звёзд при помощи наблюдения за рентгеновскими лучами, исходящими с их поверхности. Вот один способ: можно измерить общее рентгеновское излучение, использовать его для оценки температуры поверхности, и затем рассчитать размер нейтронной звезды, способной излучать такие волны (внося поправки на то, как они изгибаются из-за гравитации). Также можно искать горячие точки на поверхности нейтронной звезды, постоянно появляющиеся и исчезающие из поля зрения. Сильное гравитационное поле звезды будет изменять световые импульсы в зависимости от этих горячих точек. Разобравшись в гравитационном поле звезды, можно воссоздать её массу и радиус.

Если верить этим расчётам Озел, получается, что хотя нейтронные звёзды и бывают довольно тяжёлыми, их размер находится в пределах 20-22 км в диаметре.

Принятие того факта, что нейтронные звёзды маленькие и массивные «загоняет вас в рамки, в хорошем смысле», — говорит Озел. Она говорит, что так должны выглядеть нейтронные звёзды, набитые взаимодействующими кварками, а у нейтронных звёзд, состоящих только из нуклонов, радиус должен был быть большим.


Джеймс Латтимер, астрофизик из Университета в Стони-Брук, утверждает, что в ядрах нейтронных звёзд нейтроны остаются нетронутыми

Но у Латтимера, среди прочих критиков, есть сомнения по поводу предположений, используемых при рентгеновских измерениях — он считает, что они ошибочные. Он думает, что они могут неоправданно уменьшить радиус звёзд.

Обе соперничающие стороны считают, что их спор вскоре разрешится. В прошлом июне 11-я миссия SpaceX доставила на МКС ящик весом 372 кг, содержащий рентгеновский телескоп Найсер (англ. Neutron star Interior Composition Explorer, NICER). Найсер, в данное время собирающий данные, создан для определения размеров нейтронных звёзд через изучение горячих точек на их поверхности. Эксперимент должен выдать лучшие измерения радиусов нейтронных звёзд, считая пульсары, массы которых измерены.

«Мы все очень ждём результатов», — говорит Блашке. Точно измеренные масса и радиус даже одной нейтронной звезды сразу отметут множество вероятных теорий, описывающих их внутреннюю структуру, и оставит только те, что выдают определённое соотношение размера и веса.

А теперь к экспериментам подключился ещё и LIGO.

Сначала сигнал, который Рид обсуждала за кофе 17 августа, обрабатывали как результат столкновения чёрных дыр, а не нейтронных звёзд. И это имело смысл. Все предыдущие сигналы с LIGO были получены от чёрных дыр, более сговорчивых объектов с вычислительной точки зрения. Но в порождении этого сигнала участвовали более лёгкие объекты, а продолжался он гораздо дольше, чем происходит объединение чёрных дыр. «Совершенно очевидно, что это оказалась не такая система, на которых мы тренировались», — сказала Рид.

Когда две ЧД сближаются по спирали, они излучают орбитальную энергию в пространство время в виде гравитационных волны. Но в последнюю секунду нового 90-секундного сигнала, полученного LIGO, каждый объект испытал то, чего не испытывают ЧД: он деформировался. Пара объектов стала растягивать и сжимать материю друг друга, создавая волны, изымающие энергию их орбит. Это заставило их столкнуться быстрее, чем было бы в ином случае.

После нескольких месяцев неистовой работы с компьютерными симуляциями, группа Рид в LIGO выпустила своё первое измерение эффектов, оказываемых этими волнами на сигнал. Пока у команды есть только верхний предел — что означает, что эффект, оказываемый волнами, слаб или даже просто незаметен. А это значит, что нейтронные звёзды физически малы, и их материя удерживается вокруг центра в очень плотном состоянии, что препятствует её приливному растяжению. «Думаю, что первое измерение через гравитационные волны вроде бы подтверждает то, о чём говорили рентгеновские наблюдения», — говорит Рид. Но это ещё не конец. Она ожидает, что более сложное моделирование того же сигнала выдаст более точную оценку.

Найсер и LIGO предоставляют новые способы изучения нейтронных звёзд, и многие эксперты с оптимизмом ждут, что в следующие несколько лет появятся недвусмысленные ответы на вопрос сопротивления материала гравитации. Но теоретики, например, Альфорд, предупреждают, что простое измерение мягкости материи нейтронной звезды не даст полной информации о ней.

Возможно, другие признаки скажут больше. К примеру, идущие наблюдения за скоростью охлаждения нейтронных звёзд должны позволить астрофизикам рассуждать о присутствующих внутри них частицах и их способности излучать энергию. Или же изучение замедления их вращения может помочь определить вязкость их внутренностей.

Но, в любом случае, просто знать, в какой момент происходит фазовый переход материи и во что она превращается — это достойная задача, считает Альфорд. «Изучение свойств материи, существующей в разных условиях — это, в общем, и есть физика», — говорит он.
Поделиться публикацией
Никаких подозрительных скриптов, только релевантные баннеры. Не релевантные? Пиши на: adv@tmtm.ru с темой «Полундра»

Зачем оно вам?
Реклама
Комментарии 32
  • +1
    Весьма вовремя килоновые подоспели я бы сказал — с учётом того что БАК со следующего года уходит на модернизацию, даже после чего в 2021 году вернувшись в строй у него будет только увеличенная светимостимость (частотой столкновений можно сказать) но таже энергия. И на ближайшее десятилетие больших ускорителей даже в планах нет.
    • +1
      Они состоят из трёх кварков [на самом деле, нет — прим. перев.]

      Ну это вы погорячились. Физики в курсе, что там еще глюоны всякие, но вид частицы определяется ее кварковым составом, поэтому всегда говорят, что такая-то частица состоит из двух-трех-пяти кварков.

      • +6
        А вы прочитали статью по ссылке?
        Там как раз идет речь о том, что в смысле кваркового состава кварков там сильно больше, а цифра 3 — есть лишь разность между числом кварков и антикварков.
        Так что, возможно, это вы погорячились с тем, что они погорячились =)
        • 0

          Хм, перепутал с другой статьей, которую забыл уже. Тогда мои извинения.

          • +4
            А сколько именно извинений? (просто извинений должно быть больше, чем антиизвинений)
            • 0

              А мне не жалко, берите, сколько хотите! У меня этого добра много:)
              Тут вот от каждого по одному пока, правда...

              • +2
                Если с достаточно большой частотой извиняться за что-то, а потом извиняться за то, что преждевременно извинился в прошлый раз, то потихоньку будешь испаряться.
          • 0

            Тогда мезоны, получается, состоят из 0 кварков (в них 1 кварк и 1 антикварк, иногда даже одинаковые). Но так никто не говорит, потому что речь не про разность. Замечание про "на самом деле нет" верное (хоть оно тут и не влияет ни на что), ваше объяснение к нему — нет.

            • +2

              Я таки прочитал статью, о которой сделал замечание:) Там речь просто о куче виртуальных частиц идет. То есть, есть три основных кварка и море виртуальных. В таком смысле мое замечание действительно справедливо.

              • 0

                Ну, эти виртуальные частицы — тоже важная часть нуклона. Да, они не "определяют его тип" настолько, насколько это делают основные, но про это никто вроде и не говорил.

                • 0

                  Ну, скажем так, мне кажется, мне показалось примечание слишком категоричным и вводящим в заблуждение. Все же, главными являются три кварка, остальное — добавки. И ясно, что по смыслу в тексте речь идет о стандартном описании главных компонент.

        • –2
          Сюда ещё надо добавить, что официально ЛИГО строился именно для поиска нейтронных звёзд. Понятно, что чёрные дыры все «имели в виду», но формально о них никто не говорил, потому что само существование ЧД до запуска ЛИГО не считалось подтверждённым. А нейтронные звёзды точно были и точно сливались, вот для изучения их слияний ЛИГО и строился.
          • +3

            Ну откуда вы взяли это? С самого начала LIGO строился для трех "частых" случаев — двойные черные дыры, двойные нейтронные звезды и постоянные волны от обращающихся, но не сливающихся объектов.
            Берете начальный пропозал LIGO для NSF и в первом параграфе написано:


            Gravitational waves should be emitted by coherent
            bulk motions of matter (e.g., collapsing stellar cores) and by coherent, nonlinear
            vibrations of spacetime curvature (e.g., colliding black holes).
            • 0
              Ну они сами так про себя пишут, например в The LIGO Laboratory Charter (2009 – 2013).
              Раздел 2а) Scientific Objectives
              Possible observations in astronomy and astrophysics… include:
              * the final moments of the coalescence of extragalactic binary neutron star systems, which are
              the most reliably predicted sources and serve as the design benchmark for the sensitivity
              and spectral coverage of LIGO;
              • +1

                Да, но это не то, о чем вы пишите. То есть, никто не спорит, что нейтронные звезды были наиболее надежным источником ГВ. Но что никто официально не говорил о ЧД — неправда.

                • 0
                  Я просто читал в английской блогосфере, что конгресс долго не давал денег — много денег — на поиск неведомых волн от неведомой фигни.
                  Поэтому астрономы попросили денег на хитрый телескоп для наблюдения двойных нейтронных звёзд. И такую заявку депутаты удовлетворили.
                  • +1

                    Сложно сказать, я о таком не слышал, но может в устной форме такое на обсуждениях в NSF могло случаться. Тут скорее тогда что не "официально строился для нейтронных звезд", а "нейтронные звезды стали убедительным аргументом за". Но это уже я занудничаю:)

          • +2
            Сосательные конфеты? Серьезно?
            • –1
              Однако официально весь этот переполох держался в секрете. Нужно было собирать данные и писать научные работы. Внешний мир не должен был узнать об этом ещё два месяца.

              Идиотизм и вред науке.
              В секрете имеет смысл держать что-то, могущее создавать опасность (например технологии ядерного оружия), тут совсем не тот случай.
              Тут же скорее всего в секрете для того, чтобы урвать какие-то бюрократические бонусы для себя.

              • +3

                Тут дело в том, что не хочется попасть в ситуацию как со сверхсветовыми нейтрино или bicep. Сначала надо проверить все как следует, может это и не ГВ, или может не то, что думаем. Если раньше времени рассказать, а потом окажется, что это просто шум — вот это серьезный вред науке.


                Другое дело, что в целом данные о детектированиях можно предоставлять раньше — так и будет делаться в будущем. Первые детектирования держали в тайне, так как никто не знал, что и как там будет работать. Ну и конечно, чтобы члены коллаборации имели первенство в анализе результатов.

                • +1
                  В дополнение: помимо шума, это мог ещё оказаться искусственно «вброшенный» сигнал, как они время от времени делают для проверки всяких процедур.
                  • +1

                    Там такая особенность: бывают калибровочные вбросы, когда все знают, что это вброс, а бывают — вслепую. Во втором случае все думают, что это волна и начинают соответствующие процедуры обработки сигнала. Думаю, учитывая частоту настоящих сигналов, никто больше не будет делать слепые вбросы.

                    • +2

                      Статья про калибровочные вбросы с упоминанием об отказе от слепых вбросов — https://arxiv.org/abs/1612.07864 / https://dspace.mit.edu/openaccess-disseminate/1721.1/109797 Validating gravitational-wave detections: The Advanced LIGO hardware injection system, PHYSICAL REVIEW D 95, 062002 (2017)


                      Another use for hardware injection in Initial LIGO were “blind injections” which were hardware injections known only to a small team [11,12]. Blind injections simulate the detection and characterization of a real astrophysical signal. No blind injections were carried out during Advanced LIGO’s first observing run. There are no plans to perform blind injections in future observing runs.
                    • 0

                      Ну, если дело в том, чтобы случайно не создать жёлтую новость на основе тестового сигнала — то да, понятно. Шум думаю в меньшей степени может быть поводом.


                      Что касается


                      Ну и конечно, чтобы члены коллаборации имели первенство в анализе результатов.

                      то это как раз то, о чём была моя претензия. Построили сложный измерительный прибор, провели измерения на нём — молодцы. Всё что происходит дальше уже выглядит эксплуатацией своего положения ради личной выгоды (а вот у нас данные есть, но мы их никому не дадим, пока не запишем на свой счёт ещё и их обработку). Выглядит похоже на какую-то коммерцию. Впрочем, может быть они и не отрицают это, если так то всё в порядке, но у меня почему-то сложилось впечатление, что подобные исследовательские проекты декларируются как что-то ради науки и новых знаний, и если так — то налицо расхождение декларируемых и фактических целей.

                      • 0

                        В этом смысле вы справедливо заметили, этим многие недовольны, но и ученых можно понять. Но самом деле, все будет: это для первых детектирований было такое правило насчет приоритета своих. Дальше тайны делать уже никто не будет, а данные будут для всех сразу (или почти сразу) давать.

                • +2

                  Вот не косательно статьи, давно хотел спросить. Может кто пояснит.
                  Вот бахнула сверхновая. Произвела кучу атомов выше железа. Они там что кусками облучаются превращаются в золото например? Если нет то откуда потом находятся самородки золота например как они (атомы) собираются в кучу? Как они разлетевшись ровным слоем по космосу находят друг друга (одинаковые атомы) что бы создавались саморлдки всяких мпталлов?

                  • 0
                    Процессы остывания магмы и прочее образование горных пород способствуют тому, что вещество одинаковой плотности находится на одинаковом расстоянии от ядра планеты.
                    Подойдет такая теория?
                    • 0
                      ИМХО в процессе образования новых звезд/планет из этого материала. Идет вращение туманностей/облаков, и постепенно похожие элементы будут собираться вместе. Когда планета перейдет в более-менее плотную форму, то жидкости будут отсортированы по плотности (включая расплавленные металлы). О результатах можно судить по Солнечной Системе, где элементы какие есть, и что находится в ядрах. Процесс конечно очень медленный, но какая-то группировка элементов по схожести неизбежна. Соответственно в системах, которые образовались недавно может быть большое разнообразие, а в том, что создано из первичной материи будет в основном водород/гелий.

                      • 0
                        Само собой разумеется, что относительная концентрация веществ тяжелее кислорода должна падать на ряде Юпитер-Сатурн-Уран-Нептун. Правда нужно уточнить — жидкий кислород — 1.141, правда минус 218 градусов нужно, а на Нептуне только минус 200; азот — 0.808 при тем-ре чуть ниже температуры кипения. Для сравнения Уран имеет на уровне давления в 1 атмосферу 76К — как раз азот замерзнет, но не кислород.
                        Тут жидкий кислород в 2 раза легче алюминия (плотности 2.7) и легче кальция (1.55).
                        На «красном» Марсе явно на поверхности есть много железа (как минимум — верхний слой «песка»). «примесь гидратов оксидов железа (до 15 %)» © Вики.
                        Для примера про железо в Земле — в верхней континентальной коре его 4.2%, а в общем по массе планеты оценивают как 32%. Кремния в коре немного меньше, чем средняя оценка по планете (26% против 30%).
                        Соответсвенно основной компонент, «всплывший» в верхнюю кору — кислород, кальций тоже «всплыл» в разных породах.
                      • 0

                        Самородки золота создаются в гидротермальных процессах, концентрируясь уже в составе планет за длительное время: http://wiki.web.ru/wiki/Золото_самородное
                        https://en.wikipedia.org/wiki/Ore_genesis#Gold "The gold is transported up faults by hydrothermal waters and deposited when the water cools too much to retain gold in solution."
                        (при этом разрабатываются руды с 1 граммом золота на тонну породы "эндогенные золотоносные руды — гидротермального происхождения")


                        Происхождение золота также описано в Википедии: "Поскольку сразу после своего возникновения Земля была в расплавленном состоянии, почти всё золото в настоящее время на Земле находится в ядре.… (среднее) Содержание золота в земной коре очень низкое — 4,3·10^-10 % по массе[4] (0,5-5 мг/т[25][26])"


                        Сообщают также о биологических путях при помощи https://en.wikipedia.org/wiki/Cupriavidus_metallidurans / https://en.wikipedia.org/wiki/Delftia_acidovorans "it plays a vital role, together with the species Delftia acidovorans, in the formation of gold nuggets, by precipitating metallic gold from a solution of gold(III) chloride, a compound highly toxic to most other microorganisms"; https://nplus1.ru/material/2017/03/10/gold-mining ("… Вероятно, бактерии сыграли существенную роль в истории миграции и перераспределения золота на Земле.")
                        Также — https://www.reddit.com/r/askscience/comments/78pycw/why_are_elements_like_gold_found_in_chunks_and/ и https://www.reddit.com/r/askscience/comments/1iht1x/how_do_gold_atoms_accumulate_in_one_place_in_the/


                        USGS, 1997

                        https://pubs.usgs.gov/gip/prospect1/goldgip.html — Though scarce, gold is concentrated by geologic processes to form commercial deposits of two principal types: lode (primary) deposits and placer (secondary) deposits.


                        Lode deposits are the targets for the "hardrock" prospector seeking gold at the site of its deposition from mineralizing solutions. Geologists have proposed various hypotheses to explain the source of solutions from which mineral constituents are precipitated in lode deposits.
                        1. One widely accepted hypothesis proposes that many gold deposits, especially those found in volcanic and sedimentary rocks, formed from circulating ground waters driven by heat from bodies of magma (molten rock) intruded into the Earth's crust within about 2 to 5 miles of the surface. Active geothermal systems, which are exploited in parts of the United States for natural hot water and steam, provide a modern analog for these gold-depositing systems. Most of the water in geothermal systems originates as rainfall, which moves downward through fractures and permeable beds in cooler parts of the crust and is drawn laterally into areas heated by magma, where it is driven upward through fractures. As the water is heated, it dissolves metals from the surrounding rocks. When the heated waters reach cooler rocks at shallower depths, metallic minerals precipitate to form veins or blanket-like ore bodies.
                        2. Another hypothesis suggests that gold-bearing solutions may be expelled from magma as it cools, precipitating ore materials as they move into cooler surrounding rocks. This hypothesis is applied particularly to gold deposits located in or near masses of granitic rock, which represent solidified magma.
                        3. A third hypothesis is applied mainly to gold-bearing veins in metamorphic rocks that occur in mountain belts at continental margins. In the mountain-building process, sedimentary and volcanic rocks may be deeply buried or thrust under the edge of the continent, where they are subjected to high temperatures and pressures resulting in chemical reactions that change the rocks to new mineral assemblages (metamorphism). This hypothesis suggests that water is expelled from the rocks and migrates upwards, precipitating ore materials as pressures and temperatures decrease. The ore metals are thought to originate from the rocks undergoing active metamorphism.

                        • 0
                          Плотность 19.3 против 7.874 у железа — конечно все уйдет в ядро через слои с температурой 1100 по Цельсию и более.
                        • +1
                          Вещество планеты, в процессе тектонических процессов перемешивается и разные «лишние» элементы разделяются на отдельные фракции в соответствии со своим химическим «сродством». Золото — элемент очень инертный и обычно (или часто?) встречается в самородном виде или в виде сплавов с подобными же элементами (о его предположительном содержании в ядре уже написали), но бывает также в виде соединений с другими элементами. Интересный факт, что чаще всего оно соединяется с другим, тоже чрезвычайно редким элементом — теллуром (теллур правда соединяется не только с золотом). И золото, и теллур — элементы в коре как я уже упомянул очень редкие, и тем не менее они «находят» друг друга.

                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.