Η προέλευση των βαρέων στοιχείων του Ηλιακού Συστήματος, όπως ο χρυσός και η πλατίνα, αποτέλεσε πηγή μεγάλου ενδιαφέροντος για τους αστρονόμους. Μία από τις πιο δημοφιλείς θεωρίες είναι ότι διασκορπίστηκαν στο διάστημα μετά από συγκρούσεις άστρων νετρονίων. Νέα έρευνα, ωστόσο, έχει βρει μια άλλη προέλευση: ένα είδος αστραπιαίας κοσμικής έκρηξης, μια ειδική υπερκαινοφανή έκρηξη. Αυτές, ισχυρίζονται οι ερευνητές, θα μπορούσαν να ευθύνονται για τουλάχιστον το 80% των βαριών στοιχείων του Σύμπαντος.
Ο ιδιαίτερος τύπος είναι οι υπερκαινοφανείς που καταρρέουν βαρυτικά (collapsar supernovae), και που παράγονται από άστρα που στρέφονται πολύ γρήγορα με περισσότερη από 30 φορές τη μάζα του Ήλιου. Εκρήγνυται με θεαματικό τρόπο πριν καταρρεύσουν σε μαύρες τρύπες. Το υπόλοιπο αυτού του άστρου – εκτός της μαύρης τρύπας – δημιουργεί μία σουπερνόβα
“Η έρευνά μας για τις συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων μας οδήγησε στο να πιστέψουμε ότι η γέννηση μαύρων οπών σε ένα πολύ διαφορετικό τύπο αστρικής έκρηξης (collapsar supernovae) θα μπορούσε να παράγει ακόμα περισσότερους χρυσό από ό, τι οι συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων”, δήλωσε ο φυσικός Daniel Siegel του Πανεπιστημίου Guelph .
Η ανίχνευση της σύγκρουσης άστρων νετρονίων το 2017 έφερε την πρώτη σταθερή απόδειξη ότι τέτοιες συγκρούσεις παράγουν βαριά στοιχεία . Στα ηλεκτρομαγνητικά δεδομένα που παρήγαγε ο GW 170817 , οι επιστήμονες ανίχνευσαν για πρώτη φορά την παραγωγή βαρέων στοιχείων, όπως ο χρυσός, η πλατίνα και το ουράνιο.
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως , αυτό συμβαίνει επειδή μια ισχυρή έκρηξη, όπως μια σουπερνόβα ή μια αστρική συγκέντρωση, μπορεί να προκαλέσει τη γρήγορη διαδικασία σύλληψης νετρονίων ή r-process – μια σειρά πυρηνικών αντιδράσεων στις οποίες οι ατομικοί πυρήνες συγκρούονται με νετρόνια για να συνθέσουν στοιχεία βαρύτερα από το σίδηρο.
Οι αντιδράσεις πρέπει να συμβούν αρκετά γρήγορα ώστε η ραδιενεργή διάσπαση να μην έχει την ευκαιρία να συμβεί προτού προστεθούν περισσότερα νετρόνια στον πυρήνα, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να συμβεί όπου υπάρχουν πολλά ελεύθερα νετρόνια που επιπλέουν, όπως σε ένα εκρηκτικό αστέρι.
Στην περίπτωση του GW 170817, αυτά τα στοιχεία του r-process ανιχνεύθηκαν στο δίσκο του υλικού που φτιάχτηκε γύρω από τα αστέρια νετρονίων αφού όμως είχαν συγχωνευθεί. Ενώ εργάζονταν πάνω στην κατανόηση της φυσικής αυτής, ο Siegel και η ομάδα του συνειδητοποίησαν ότι το ίδιο φαινόμενο μπορεί να συμβεί σε συνδυασμό με άλλες κοσμικές εκρήξεις.
Έτσι, χρησιμοποιώντας υπερυπολογιστές, προσομοιώνουν τη φυσική των collapsar supernovae.
“80% από αυτά τα βαρέα στοιχεία που βλέπουμε θα πρέπει να προέρχονται από βαρυτικά καταρρέοντα (collapsars) supernovae”, είπε ο Siegel .
«Τα collapsars είναι αρκετά σπάνια στην περιστατικά των σουπερνόβα, ακόμα πιο σπάνια από ό, τι οι συγχωνεύσεις αστέρων νετρονίων – αλλά η ποσότητα του υλικού που πετάχτηκε στο διάστημα είναι πολύ υψηλότερη από ότι από τις συγχωνεύσεις των άστρων νετρονίων.»
Επιπλέον, οι ποσότητες και η κατανομή αυτών των στοιχείων που παράγονται στη προσομοίωση ήταν “εκπληκτικά παρόμοιες” με αυτές που έχουμε εδώ στη Γη, σημείωσε.
Αυτό σημαίνει ότι το 0,3 τοις εκατό των στοιχείων της r-process της Γης δεν προέρχεται από σύγκρουση με αστέρι νετρονίων 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, όπως αποκάλυψε μια διαφορετική ομάδα αστρονόμων νωρίτερα φέτος ; Λοιπόν, όχι απαραίτητα. Κάτω από τις παραμέτρους των προσομοιώσεων του Siegel, μέχρι και 20% αυτών των στοιχείων θα μπορούσαν να προέλθουν από τις συγκρούσεις των νετρονίων και των μαύρων οπών .
Η ομάδα ελπίζει ότι το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, που σήμερα είναι σχεδιασμένο για εκτόξευση του 2021, θα μπορούσε να αναλύσει περισσότερο το θέμα αυτό. Τα ευαίσθητα όργανα του θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν την ακτινοβολία που προέρχεται από ένα μακρινό γαλαξία, καθώς και τις στοιχειώδεις αφθονίες υλικών σε όλο τον Γαλαξία.
«Προσπαθώντας να καταλάβουμε από όπου προέρχονται τα βαρέα στοιχεία μπορεί να μας βοηθήσει να καταλάβουμε πώς ήταν χημικώς φτιαγμένος ο αρχικός Γαλαξίας μας και πως σχηματίστηκε», είπε ο Siegel .
“Αυτό μπορεί πραγματικά να βοηθήσει στην επίλυση μερικών μεγάλων ερωτημάτων στην κοσμολογία, καθώς τα βαρέα στοιχεία είναι ένας καλός ιχνηλάτης”.
Η έρευνα έχει δημοσιευθεί στο Nature .
