Stelele din zorii timpurilor trebuie să fi fost capabile să creeze elemente mult mai grele decât orice altceva care a fost găsit vreodată în mod natural pe Pământ sau în Universul mai larg. Este concluzia la care a ajuns o echipă de astronomi condusă de Ian Roederer, de la Universitatea din Michigan, după ce a examinat 42 de stele din Calea Lactee, ale căror abundențe chimice pot fi explicate doar prin producerea anterioară de elemente cu mase atomice mai mari de 260.
Majoritatea elementelor din Univers – cam tot ce este mai greu decât hidrogenul, de fapt – au fost create de stele.
Primul mod în care sunt create este fuziunea. În centrul unei stele se află practic un motor care amestecă atomii pentru a crea elemente mai grele.
Cel mai greu element pe care acest proces îl poate produce este fierul. Fuziunea fierului în elemente mai grele necesită mult mai multă energie decât cea pe care o generează, astfel că, în acel moment, steaua se autodistruge.
O altă modalitate are legătură cu această autodistrugere. În exploziile supernovelor, când o stea moare, și în exploziile kilonovelor, când două stele neutronice se lovesc una de alta, condițiile devin perfecte pentru procesul de captare rapidă a neutronilor, sau procesul r.
Acesta este momentul în care există atât de mulți neutroni liberi care plutesc în jurul lor încât aceștia se fixează pe nucleele disponibile, formând un element mai greu. Pentru ca acest proces să aibă loc, este nevoie de un mediu extrem de energetic, cum ar fi o supernovă.
De asemenea, se produce foarte repede, de unde și partea „rapid” din denumire. S-a confirmat că acesta este procesul care produce elemente precum aurul, platina, toriul și uraniul. Dar sunt încă multe lucruri pe care nu le știm despre cum sunt create elementele.
„Avem o idee generală despre cum funcționează procesul r, dar condițiile procesului sunt destul de extreme”, explică Roederer.
Teorie incredibilă! Există un univers paralel, în care timpul curge înapoi
„Nu avem o idee bună despre câte tipuri diferite de situri din Univers pot genera procesul r, nu știm cum se termină procesul r și nu putem răspunde la întrebări precum: câți neutroni poți adăuga? Cât de greu poate fi un element? Așa că am decis să ne uităm la elementele care ar putea fi produse prin fisiune în unele stele vechi bine studiate pentru a vedea dacă am putea începe să răspundem la unele dintre aceste întrebări.”, a declarat cercetătorul, citat de Science.
Un alt mod în care știm că se pot forma elemente este prin fisiune nucleară. Aceasta are loc atunci când, în loc să fuzioneze împreună, un atom se desparte, iar rezultatul este un element mai puțin masiv.
Compozițiile chimice ale celor 42 de stele din Calea Lactee pe care Roederer și echipa sa le-au analizat au fost bine studiate și stabilite.
Este limita Universului? Astronomii au descoperit un adevărat zid cosmic
Primele stele din Univers
Primele stele din Univers au fost alcătuite predominant din hidrogen. Acestea au creat elemente în miezul lor și au murit, însămânțând spațiul înconjurător cu elemente care au fost preluate de generațiile următoare de stele.
Se știe că stelele studiate de echipa de cercetători conțin elemente produse prin procesul r în timpul exploziilor de supernove.
Dar cercetătorii nu au căutat elemente din procesul r. Ei căutau elemente care ar putea fi produse de fisiune, cum ar fi ruteniul, rodiul, paladiul și argintul. Și, în loc să analizeze stelele individual, așa cum se întâmplă de obicei, cercetătorii le-au examinat ca grup.
Și au găsit un model. Prezența anumitor alte elemente este de așteptat în anumite rapoarte de abundență dacă metalele pe care echipa le-a analizat au fost produse prin procesul r. Acele proporții nu erau prezente. Acest lucru sugerează, a concluzionat echipa, că elementele în cauză au fost produse prin fisiune.
Aceasta înseamnă că stelele timpurii de unde provin aceste metale trebuie să fi produs elemente mult mai grele, mai mari de o masă atomică de 260, care ulterior s-au divizat pentru a forma elemente mai ușoare și mai stabile.
,,Nu am observat niciodată aceste elemente în mod natural, nicăieri. Le-am văzut în laborator, dar timpul lor de înjumătățire este atât de scurt încât se descompun aproape imediat. Poate fi vorba, până la urmă, de un alt Univers”, a explicat savantul.
Cu toate acestea, cercetarea arată că, dacă am căuta potențialii lor produse de fisiune, am putea afla cât de probabilă sau de frecventă ar putea fi formarea lor, în Universul larg.
„Acest 260 este interesant, deoarece nu am detectat până acum nimic atât de greu în spațiu sau în mod natural pe Pământ, nici măcar în testele cu arme nucleare”, spune Roederer.
„Dar faptul că le vedem în spațiu ne oferă îndrumări pentru a ne gândi la modele și fisiune – și ne-ar putea oferi o perspectivă asupra modului în care a apărut bogata diversitate de elemente”.
O nouă hartă a materiei din Univers spulberă teoriile actuale privind originile Cosmosului