Нуклеокосмохронология

Метод определения временных шкал астрофизических объектов и событий

Нуклеокосмохронология , или ядерная космохронология , — это метод, используемый для определения временных шкал астрофизических объектов и событий на основе наблюдаемых соотношений тяжелых радиоактивных элементов и продуктов их распада.

Для расчета возраста формирования астрономических объектов наблюдаемые соотношения распространенности тяжелых радиоактивных и стабильных нуклидов сравниваются с первичными соотношениями, предсказанными теорией нуклеосинтеза . ^[1] Важны как радиоактивные элементы, так и продукты их распада, а некоторые важные элементы включают долгоживущие радиоактивные ядра Th-232 , U-235 и U-238 , все образованные в результате r-процесса . ^[2] Этот процесс сравнивают с радиоуглеродным датированием . ^{[2] [3]} Возраст объектов определяется путем наложения ограничений на продолжительность нуклеосинтеза в галактике. ^[2]

Нуклеокосмохронология была использована для определения возраста Солнца (4,57 ± 0,02 млрд лет) и тонкого диска Галактики (8,8 ± 1,8 млрд лет), ^{[4] [5] [6]} среди других объектов. Он также использовался для оценки возраста самого Млечного Пути путем изучения звезды Кейрела в галактическом гало , которая из-за своей низкой металличности , как полагают, образовалась на ранней стадии истории Галактики. ^[7]

Факторами, ограничивающими точность, являются качество наблюдений слабых звезд и неопределенность изначального содержания элементов r-процесса . ^{[ необходима ссылка ]}

История

Первое использование ядерной космохронологии было в 1929 году Эрнестом Резерфордом , который вскоре после открытия того, что уран имеет два естественных радиоактивных изотопа с разными периодами полураспада, попытался использовать это соотношение, чтобы определить, когда уран был произведен. ^[3] Он предположил, что оба были произведены в равном количестве, предполагая, что они были произведены в один момент времени, и применил аргумент, основанный на неверных предположениях об астрофизике, чтобы вывести неправильный возраст около 6 миллиардов лет. ^{[3] [ необходимо разъяснение ]} Он был пионером идеи о том, что возраст можно рассчитать по соотношению распространенности радиоактивных родительских элементов и их стабильных продуктов распада. ^[3]

Согласно дани уважения, написанной коллегами, большая часть современной науки ядерной космохронологии выросла из работ Джона Рейнольдса и его учеников. ^{[8] [9]}

Независимые от модели методы были разработаны в 1970 году. ^{[3] [ необходимо разъяснение ]}

Техника

Необходимо знать начальные соотношения, в которых нуклеосинтез производит радиоактивные родительские элементы по сравнению со стабильными элементами, на которые они распадаются, до того, как произойдет распад. ^[10] Это распространенности, которые были бы у элементов, если бы радиоактивные родительские элементы были стабильными и не производили дочерних ядер. ^[10] Отношение распространенности радиоактивных элементов к распространенности, которую они имели бы, если бы они были стабильными, называется остатком. ^[10] Измерение текущей распространенности элементов в объектах в сочетании с теорией нуклеосинтеза определяет остатки. ^[10]

Смотрите также

• Астрохимия
• Геохронология
• Гирохронология

Ссылки

1. Bland-Hawthorn, Joss; Freeman, Kenneth (2014). "Near Field Cosmology: The Origin of the Galaxy and the Local Group". Происхождение Галактики и Местной Группы . Saas-Fee Advanced Course. Том 37. Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg. С. 1–144. Bibcode : 2014SAAS...37....1B. doi : 10.1007/978-3-642-41720-7_1. ISBN 978-3-642-41719-1. ISSN  1861-7980.
2. Мейер, Брэдли С.; Труран, Джеймс В. (2000-08-01). «Нуклеокосмохронология». Physics Reports . 333–334: 1–11. Bibcode :2000PhR...333....1M. doi :10.1016/S0370-1573(00)00012-0. ISSN  0370-1573.
3. Symbalisty, EMD; Schramm, DN (1981-03-01). «Нуклеокосмохронология». Reports on Progress in Physics . 44 (3): 293–328. doi :10.1088/0034-4885/44/3/002. ISSN  0034-4885.
4. del Peloso, EF; da Silva, L.; de Mello, GF Porto (апрель 2005 г.). «Возраст тонкого диска Галактики по данным нуклеокосмохронологии Th/Eu I. Определение соотношений содержания [Th/Eu]». Astronomy & Astrophysics . 434 (1): 275–300. arXiv : astro-ph/0411698 . Bibcode :2005A&A...434..275D. doi :10.1051/0004-6361:20047060. ISSN  0004-6361.
5. del Peloso, EF; da Silva, L.; Arany-Prado, LI (апрель 2004 г.). «Возраст тонкого диска Галактики по нуклеокосмохронологии Th/Eu II. Хронологический анализ». Astronomy & Astrophysics . 434 (1): 301–308. arXiv : astro-ph/0411699 . doi :10.1051/0004-6361:20042438. ISSN  0004-6361.
6. del Peloso, EF; da Silva, L.; de Mello, GF Porto; Arany-Prado, LI (сентябрь 2005 г.). «Возраст тонкого диска Галактики по данным нуклеокосмохронологии Th/Eu III. Расширенная выборка». Astronomy & Astrophysics . 440 (3): 1153–1159. arXiv : astro-ph/0506458 . Bibcode :2005A&A...440.1153D. doi :10.1051/0004-6361:20053307. ISSN  0004-6361.
7. Хилл, В.; Плез, Б.; Кайрел, Р.; Бирс, ТК; Нордстрём, Б.; Андерсен, Дж.; Спайт, М.; Спайт, Ф.; Барбуи, Б.; Бонифацио, П.; Депань, Э.; Франсуа, П.; Примас, Ф. (2002). «Первые звезды. I. Крайне богатый r-элементами, бедный железом гигант-гало CS 31082-001». Астрономия и астрофизика . 387 (2): 560–579. arXiv : astro-ph/0203462 . Bibcode : 2002A&A...387..560H. doi : 10.1051/0004-6361:20020434. ISSN  0004-6361. S2CID  3064681.
8. Прайс, П. Буфорд (2004). «Джон Х. Рейнольдс». Биографические мемуары . Том 85. Национальная академия наук . С. 249–267 . Получено 25 августа 2024 г.
9. Пратт, Сара Э. (25 сентября 2015 г.). «Точки отсчета: 1 января 1960 г.: открытие «угасшей радиоактивности». Поиски датировки элементов, образовавших Солнечную систему». Журнал Earth Magazine . Получено 25 августа 2024 г.
10. Клейтон, Дональд Д. (1992). «Космология, космохронология». В Маран, Стивен П. (ред.). Энциклопедия астрономии и астрофизики. Нью-Йорк: Van Nostrand Reinhold. ISBN 978-0-442-26364-5. ОЛ  1544183М.