Αλλάζουν όλα στην αστρική εξέλιξη

Πηγή: PhysicsWeb, 13 Ιανουαρίου 2005

Τα μοντέλα της εξέλιξης των άστρων μάλλον πρέπει να τροποποιηθούν αφού αστροφυσικοί διαπίστωσαν ότι ο ρυθμός με τον οποίο τρεις πυρήνες ηλίου μετασχηματίζονται σε άνθρακα-12 είναι πολύ διαφορετικός από τις προηγούμενες εκτιμήσεις τους. Αυτή η διαδικασία των τριών σωματίων άλφα εμφανίζεται στο εσωτερικό ορισμένων αστεριών και είναι σημαντική για να βρούμε με ποιο τρόπο σχηματίστηκαν τα στοιχεία στο Σύμπαν. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι σε θερμοκρασίες κάτω από 5 x 10⁷  Κ ο ρυθμός είναι σημαντικά υψηλότερος από όσο προηγουμένως πιστεύαμε, αλλά είναι πολύ χαμηλότερος στις θερμοκρασίες πάνω από 10⁹ Κ.

Η αντίδραση των τριών άλφα σωματίων (πυρήνες ηλίου) περιλαμβάνει δύο πυρήνες ηλίου-4 που συντήκονται προς τον ιδιαίτερα ασταθή πυρήνα βηρυλλίου-8 με ένα πολύ γρήγορο ρυθμό. Το βηρύλλιο-8 έπειτα αντιδρά με έναν τρίτο πυρήνα ηλίου-4 προς τον άνθρακα-12 πού είναι σε διεγερμένη κατάσταση. Ο ρυθμός με τον οποίο γίνεται αυτή η διαδικασία είναι πολύ σημαντικός για τον καθορισμό των ποσοτήτων των στοιχείων που υπάρχουν σε όλο το Σύμπαν. Αυτά τα στοιχεία δημιουργούνται όταν εκρήγνυνται τα αστέρια ως σουπερνόβα στο τέλος της ζωής τους και πλημμυρίζουν το διάστημα.

Ο Hans Fynbo και οι συνάδελφοι του στο Πανεπιστήμιο του Aarhus στη Δανία, μαζί με αστροφυσικούς από την Ελβετία, την Ισπανία, την Ολλανδία, τη Μεγάλη Βρετανία τη Φινλανδία και τη Σουηδία, μελέτησαν στην πράξη την αντιστροφή της αντίδρασης των τριών άλφα σωματίων. Εργαζόμενοι στη συσκευή ISOLDE στο Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN) και στο Εργαστήριο Επιταχυντών JYFL στο πανεπιστήμιο Jyväskylä, οι φυσικοί δημιούργησαν αρχικά τα βραχύβια ραδιοϊσότοπα βόριο-12 και άζωτο-12.

Έπειτα εξήγαγαν γρήγορα αυτά τα ισότοπα σαν ακτίνες χαμηλής ενέργειας και τα σταμάτησαν με ένα λεπτό φύλλο αλουμινίου, όπου αυτά διασπάστηκαν σε άνθρακα-12. Το φύλλο του αλουμινίου περιβαλλόταν από ανιχνευτές για να μπορέσουν οι επιστήμονες να ανιχνεύσουν και τα τρία άλφα σωμάτια που εκπέμφθηκαν από τον άνθρακα-12 με υψηλή ακρίβεια.

Ο Fynbo και οι συνάδελφοι του υπολόγισαν ότι, για θερμοκρασίες κάτω από 5 x 10⁷ Κ, ο ρυθμός αντίδρασης των τριών σωματίων άλφα ήταν σημαντικά υψηλότερος από τον καθιερωμένο ρυθμό. Το αποτέλεσμα λοιπόν δείχνει ότι τα κρίσιμα ποσά του άνθρακα που κατέλυσαν την καύση του υδρογόνου στα πρώτα αστέρια μπορεί να έχουν παραχθεί δύο φορές γρηγορότερα από όσο προηγουμένως νομίζαμε. Αυτό σημαίνει ότι τα αστέρια θα μπορούσαν να έχουν εξελιχθεί δύο φορές πιο γρήγορα.

Για θερμοκρασίες πάνω από 10⁹ Κ, αφ' ετέρου, ο ρυθμός αντίδρασης ήταν πολύ χαμηλότερος από όσο πιστεύουν σήμερα οι αστροφυσικοί. Το γεγονός αυτό θα μπορούσε να είναι σημαντικό για τα μοντέλα της πυρηνοσύνθεσης -- τη διαδικασία που δημιουργεί όλα τα βαρύτερα στοιχεία -- στα σουπερνόβα.