Dawne gwiazdy mogły produkować wyjątkowo ciężkie pierwiastki

Jak przypominają naukowcy z Uniwersytetu Stanu Karolina Północna (North Carolina State University, USA), jesteśmy - dosłownie - zbudowani z gwiezdnej materii. To w gwiazdach rozpadają się i powstają nieustannie wszelkie pierwiastki – zarówno lekkie, jak i ciężkie.

W uproszczeniu mówiąc, lekkie to takie, które mają niewielką liczbę protonów i neutronów w swoim jądrze, a ciężkie – przeciwnie, mają ich więcej. To od tej liczby niemal całkowicie zależy masa atomu danego pierwiastka (tzw. masa atomowa). Jak się uważa, najcięższe pierwiastki powstają w gwiazdach neutronowych.

To tzw. proces r (ang. r-process, rapid neutron captures process – proces szybkiego chwytania neutronów), w którym - zwykle w czasie mniejszym od 1 sekundy - do jądra dołącza się cała grupa neutronów.

Później niektóre neutrony zamieniają się protony i powstają w ten sposób różnorodne ciężkie pierwiastki, takie jak złoto, platyna czy uran (dany pierwiastek ma zawsze stałą liczbę protonów). Proces ten jest niezbędny do powstania pierwiastków cięższych od ołowiu czy bizmutu – wyjaśniają naukowcy.

Najcięższe atomy są jednak niestabilne i z czasem się rozpadają na lżejsze.

„Mamy ogólną koncepcję, jak działa proces r, ale warunki tego procesu są dosyć ekstremalne” - podkreśla prof. Ian Roederer, autor publikacji, która ukazała się w magazynie „Science”.

„Nie mamy pełnej wiedzy, ile różnych miejsc we Wszechświecie może generować proces r, nie znamy zakończenia tego procesu i nie możemy odpowiedzieć na pytania, np. o to, ile neutronów może być w jego trakcie dodawanych, czy jak ciężki może być powstający pierwiastek. Dlatego postanowiliśmy przyjrzeć się pierwiastkom, które mogłyby być tworzone poprzez rozszczepienie w niektórych dobrze zbadanych starych gwiazdach. Chcieliśmy zobaczyć, czy uda nam się odpowiedzieć na niektóre z tych pytań” – dodaje.

Naukowcy przyjrzeli się ciężkim pierwiastkom obecnym w 42 dobrze zbadanych gwiazdach Drogi Mlecznej. Jak wiadomo, zawierają one pierwiastki wykreowane właśnie w procesie r, zachodzącym w gwiazdach wcześniejszych pokoleń.

Dzięki spojrzeniu na te pierwiastki kolektywnie, a nie indywidualnie - jak to czyniono wcześniej, naukowcy zauważyli nieznane wcześniej wzorce.

Wyniki wskazują, że część pierwiastków, mieszcząca się w środku układu okresowego (np. srebro czy rod) to prawdopodobnie skutek rozpadu pierwiastków cięższych, powstałych wcześniej w procesie r.

Na podstawie obserwacji badacze wydedukowali, że proces ten może wytwarzać nawet pierwiastki o masie atomowej przynajmniej 260, zanim dojdzie do ich rozpadu.

„Wartość 260 jest interesująca, ponieważ wcześniej nie wykryliśmy niczego tak ciężkiego w przestrzeni kosmicznej, ani naturalnie na Ziemi, nawet podczas testów broni jądrowej. Jednak obserwacja ich w kosmosie dostarcza nam wskazówek o tym, jak myśleć o obecnych modelach i rozszczepieniu. Może nam to dostarczyć wglądu w powstanie bogactwa i różnorodności pierwiastków” – mówi prof. Roederer.