Starożytne gwiazdy mogły wytwarzać bardzo ciężkie pierwiastki

Pierwsze gwiazdy we Wszechświecie były. Składały się wyłącznie z wodoru i helu i mogły być 300 razy masywniejsze od Słońca. W ich wnętrzu formowały się pierwsze ciężkie pierwiastki, które pod koniec swojego krótkiego życia zostały wyrzucone w kosmos.

Ciężkie pierwiastki były zalążkami wszystkich gwiazd i planet, które widzimy dzisiaj. Nowe badanie opublikowane na łamach Science sugeruje, że te starożytne gwizdy stworzyły więcej niż tylko naturalne pierwiastki.

Z wyjątkiem wodoru, helu i kilku śladów innych lekkich pierwiastków, wszystkie atomy, które widzimy wokół nas, powstały w wyniku procesów astrofizycznych, takich jak supernowe, zderzenia gwiazd neutronowych i cząstek wysokoenergetycznych. Przez tego typu procesy powstały wszystkie ciężkie pierwiastki, aż do uranu-238, który jest najcięższym naturalnie występującym pierwiastkiem. Powstaje on w zderzeniach supernowych i gwiazd neutronowych w tak zwanym procesie „r”, w którym neutrony są szybko wychwytywane przez jądra atomowe i stają się cięższymi pierwiastkami. Proces „r” jest skomplikowany i naukowcy wciąż nie wiedzą wiele na temat tego, jak przebiega i jaka może być jego górna granica masy. Nowe badanie sugeruje jednak, że proces „r” w pierwszych gwiazdach mógł wytworzyć znacznie cięższe pierwiastki o masie atomowej większej niż 260.

Zespół badawczy przyjrzał się 42 gwiazdom w Drodze Mlecznej, których skład pierwiastkowy jest dobrze poznany. Zamiast szukać obecności cięższych pierwiastków, astronomowie przyjrzeli się względnym obfitościom pierwiastków we wszystkich gwiazdach. Odkryli, że obfitość niektórych pierwiastków, takich jak srebro i rod, nie zgadza się z przewidywaną obfitością wynikającą ze znanej nukleosyntezy w procesie „r”. Dane sugerują, że pierwiastki te są pozostałościami po rozpadzie znacznie cięższych jąder o masie atomowej przekraczającej 260 jednostek.

Oprócz procesu „r” polegającego na szybkim wychwycie neutronów, istnieją dwa inne sposoby tworzenia ciężkich jąder atomowych: proces „p”, w którym jądra bogate w neutrony wychwytują protony, oraz proces „s”, w którym jądro nasienne może wychwycić neutron. Żaden z tych procesów nie jest jednak w stanie wytworzyć szybkiego przyrostu masy niezbędnego do powstania pierwiastków innych niż uran. I tylko w hipermasywnych gwiazdach pierwszej generacji nukleosynteza w procesie „r” mogła wytworzyć takie pierwiastki.

Badanie sugeruje, że proces „r” mógł tworzyć pierwiastki znacznie cięższe od uranu i prawdopodobnie miało to miejsce w pierwszych gwiazdach we Wszechświecie. Badacze twierdzą, że zapewne te ultraciężkie pierwiastki nie były zbyt stabilne i już dawno rozpadły się na naturalne pierwiastki, które widzimy dzisiaj. Jednak fakt, że kiedyś istniały, pomoże naukowcom lepiej zrozumieć proces „r” i jego ograniczenia.

Emil Gołoś