Złoto powstaje w kosmicznych katastrofach ?

Wyniki
                                          "symulacji"
Różne stadia ewolucji mergera dwóch gwiazd neutronowych (wynik symulacji numerycznej). Gdy jedna z gwiazd zapada się, materia jest "wyciskana" spomiędzy gwiazd, i zostaje wyrzucona z układu. Zachodzi w niej jednocześnie wiele reakcji nuklearnych, na skutek czego powstają ciężkie pierwiastki. Źródło: S. Goriely, A. Bauswein, and H.-T. Janka (MPA)

Dokładne symulacje numeryczne prowadzą do wniosku, że gwałtowne mergery (zlewanie się) gwiazd neutronowych w systemach podwójnych mogą być głównym źródłem najcięższych pierwiastków we Wszechświecie.

Miejsca w Kosmosie, gdzie formują się między innymi metale, łącznie ze złotem, zostały zidentyfikowane: są to miejsca wyrzutu materii w układach podwójnych bliskich, łączących się ze sobą gwiazd neutronowych. Gwałtowne zderzenia zachodzące w tym procesie skutkują idealnymi warunkami do produkcji ciężkich pierwiastków. Przy pomocy symulacji komputerowych naukowcy z Instytutu Maxa Plancka w Garching (Niemcy) mogli zweryfikować hipotezę, iż zachodzące w tej sytuacji niezbędne reakcje jądrowe mogą istotnie zachodzić w takim środowisku.

Większość pierwiastków ciężkich formuje się w reakcjach fuzji jądrowej we wnętrzach gwiazd. Na przykład, w jądrze Słońce zachodzi spalanie wodoru, co prowadzi do powstania atomów helu - z uwolnieniem znaczących ilości energii. Z kolei ze spalania helu mogą powstać jeszcze cięższe pierwiastki, o ile tylko gwiazda jest odpowiednio masywna - bardziej masywna niż nasze Słońce. Jednak ten proces "działa" jedynie do momentu powstania atomów żelaza. Dalsze reakcje fuzji nie mogą już doprowadzić do wyzwolenia energii w tych procesach. Stąd też atomy cięższe niż żelazo nie mogą powstawać w ten sposób. Zamiast tego mogą powstawać w sytuacji, gdy neutrony zostają przechwycone przez jądro gwiazdowe, które wówczas zaczyna się radioaktywnie rozpadać.

Zachodzić mogą tu dwa procesy: powolny przechwyt neutronów ("s-proces"), który ma miejsce na obszarach o małej gęstości neutronowwej wewnątrz gwiazd podczas ich późnych stadiów ewolucji, oraz szybki przechwyt neutronów ("r-proces"), wymagający bardzo dużej gęstości neutronów. Ten ostatni jest odpowiedzialny za produkcję wielu pierwiastków cięższych niż żelazo, w tym platyny, złota, toru i plutonu. Dotąd jednak zagadką było, które właściwie obiekty astronomiczne są w stanie zapoczątkować "r proces".

Gwałtowne mergery gwiazd neutronowych moga tu być ciekawą propozycją. Dwie gwiazdy zderzają się po milionach lat stopniowego zbliżania się do siebie po torach spiralnych. Astronomowie po raz pierwszy zdołali zasymulować poszczególne stadia takiego procesu, symulacje komputerowe dotyczyły zarówno samego przepływu masy między gwiazdami, jak i możliwości formowania się pierwiastków w materii wyrzucanej z układ podwójnego podczas momentu zderzenia gwiazd.

"Już w kilka sekund po kolizji gwiazd siły pływowe i ciśnienie wyrzucają bardzo rozgrzaną materię z układu podwójnego, masa tej materii jest równa masie kilku planet wielkości Jowisza" - tłumaczy Andreas Bauswein, jeden z naukowców pracujących nad symulacjami. - "Gdy taka plazma ochłodzi się do ok. 10 milionów stopni Kelvina, zachodzi wiele różnych reakcji jądrowych, w tym rozpady promieniotwórcze, które prowadzą do powstania wielu nowych pierwiastków". Co więcej, z symulacji wynika, że ilościowy rozkład utworzonych w ten sposób pierwiastków ciężkich zgadza się z ich rozkładem obserwowanym w Układzie Słonecznym. Oznacza to, że jeśli połączymy wyniki symulacji z oszacowaną liczbą kolizji gwiazd neutronowych w Naszej Galaktyce, okaże się, że ten własnie proces istotnie mógł byc głównym źródłem najcięższych substancji we Wszechświecie.


24 października 2011
Źródło
| Elżbieta Kuligowska

Liczba odsłon: 1741