Οι επιστήμονες ανακάλυψαν πώς προκύπτουν τα βαρύτερα στοιχεία του σύμπαντος

Βαριά στοιχεία που συναντάμε στην καθημερινότητά μας, όπως ο σίδηρος και το ασήμι, δεν είναι

υπήρχαν στην αρχή του Σύμπαντος 13,7 διςπριν από χρόνια. Δημιουργήθηκαν με την πάροδο του χρόνου από πυρηνικές αντιδράσεις που ονομάζονται νουκλεοσύνθεση, οι οποίες ένωσαν τα άτομα μεταξύ τους. Συγκεκριμένα, το ιώδιο, ο χρυσός, η πλατίνα, το ουράνιο, το πλουτώνιο και το κούριο - μερικά από τα βαρύτερα στοιχεία - δημιουργήθηκαν μέσω ενός ειδικού τύπου πυρηνοσύνθεσης που ονομάζεται διαδικασία ταχείας σύλληψης νετρονίων ή διαδικασία r.

Το ερώτημα τι μπορούν να κάνουν τα αστρονομικά γεγονόταη παραγωγή των βαρύτερων στοιχείων έχει παραμείνει μυστήριο για δεκαετίες. Σήμερα, πιστεύεται ότι η διαδικασία r μπορεί να συμβεί κατά τη διάρκεια βίαιων συγκρούσεων μεταξύ δύο αστέρων νετρονίων, μεταξύ ενός αστέρα νετρονίων και μιας μαύρης τρύπας, ή κατά τη διάρκεια σπάνιων εκρήξεων μετά το θάνατο τεράστιων άστρων. Αυτά τα γεγονότα υψηλής ενέργειας είναι πολύ σπάνια στο σύμπαν. Όταν συμβεί αυτό, τα νετρόνια ενσωματώνονται στους πυρήνες των ατόμων και στη συνέχεια μετατρέπονται σε πρωτόνια. Δεδομένου ότι τα στοιχεία στον περιοδικό πίνακα καθορίζονται από τον αριθμό των πρωτονίων στους πυρήνες τους, η διαδικασία r δημιουργεί βαρύτερους πυρήνες καθώς συλλαμβάνονται περισσότερα νετρόνια.

Μερικοί από τους πυρήνες σχηματίστηκαν ως αποτέλεσμαr-process, είναι ραδιενεργά και χρειάζονται εκατομμύρια χρόνια για να διασπαστούν σε σταθερούς πυρήνες. Iodine-129 and curium-247 — δύο τέτοιοι πυρήνες που σχηματίστηκαν πριν από το σχηματισμό του Ήλιου. Ήταν ενσωματωμένα σε στερεά που τελικά έπεσαν στην επιφάνεια της γης ως μετεωρίτες. Μέσα σε αυτούς τους μετεωρίτες, η ραδιενεργή διάσπαση παρήγαγε περίσσεια σταθερών πυρήνων. Σήμερα, αυτή η περίσσεια μπορεί να μετρηθεί σε εργαστήρια για να προσδιοριστεί η ποσότητα ιωδίου-129 και κουρίου-247 που υπήρχαν στο ηλιακό σύστημα λίγο πριν τον σχηματισμό του.

Γιατί είναι τόσο ξεχωριστοί αυτοί οι δύο πυρήνες της διαδικασίας r;Έχουν τη συνήθη ιδιότητα: διαλύονται με τον ίδιο σχεδόν ρυθμό. Με άλλα λόγια, η αναλογία μεταξύ ιωδίου-129 και κουρίου-247 δεν έχει αλλάξει από τη δημιουργία τους πριν από δισεκατομμύρια χρόνια.

«Αυτή είναι μια καταπληκτική σύμπτωση, ειδικά από τότεδεδομένου ότι αυτοί οι πυρήνες είναι δύο από τους πέντε ραδιενεργούς πυρήνες της διαδικασίας r που μπορούν να μετρηθούν σε μετεωρίτες. Με την αναλογία ιωδίου-129 προς κουρίου-247 παγωμένη στο χρόνο σαν προϊστορικό απολίθωμα, μπορούμε να δούμε άμεσα το τελευταίο κύμα παραγωγής βαρέων στοιχείων που διαμόρφωσε τη σύνθεση του ηλιακού συστήματος και τα πάντα σε αυτό.»

Benoit Côté, Παρατηρητήριο Konkola

Το ιώδιο, με τα 53 πρωτόνια του, είναι πιο εύκολο να δημιουργηθεί από το κούριο.με τα 96 πρωτόνια του. Αυτό συμβαίνει επειδή απαιτούνται περισσότερες αντιδράσεις δέσμευσης νετρονίων για την επίτευξη μεγαλύτερου αριθμού πρωτονίων κουρίου. Κατά συνέπεια, η αναλογία ιωδίου-129 προς κουρίου-247 εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον αριθμό των νετρονίων που ήταν διαθέσιμα τη στιγμή της δημιουργίας τους.

Η ομάδα υπολόγισε το ιώδιο-129 έωςcurium-247, που συντέθηκε από συγκρούσεις άστρων νετρονίων και μαύρων οπών, για να βρεθεί το σωστό σύνολο συνθηκών που μιμούνται τη σύνθεση των μετεωριτών. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο αριθμός των νετρονίων που ήταν διαθέσιμα κατά την τελευταία εκδήλωση της διαδικασίας r πριν από τη γέννηση του ηλιακού συστήματος δεν θα μπορούσε να ήταν πολύ μεγάλος. Διαφορετικά, θα σχηματιζόταν πάρα πολύ κούριο σε σύγκριση με το ιώδιο. Αυτό σημαίνει ότι πολύ πλούσιες σε νετρόνια πηγές, όπως η ύλη που αποσπάστηκε από την επιφάνεια ενός αστέρα νετρονίων κατά τη διάρκεια μιας σύγκρουσης, πιθανότατα δεν έπαιξαν σημαντικό ρόλο.

Τι δημιούργησε λοιπόν αυτούς τους πυρήνες της διαδικασίας r;Ενώ οι ερευνητές μπόρεσαν να δώσουν νέες κατατοπιστικές πληροφορίες για το πώς δημιουργήθηκαν, δεν μπόρεσαν να προσδιορίσουν τη φύση του αστρονομικού αντικειμένου που τους δημιούργησε. Αυτό συμβαίνει επειδή τα μοντέλα πυρηνοσύνθεσης βασίζονται σε αβέβαιες πυρηνικές ιδιότητες και είναι ακόμα ασαφές πώς να συσχετιστεί η διαθεσιμότητα νετρονίων με συγκεκριμένα αστρονομικά αντικείμενα, όπως μαζικές εκρήξεις άστρων και αστέρια νετρονίων που συγκρούονται.

Με αυτό το νέο διαγνωστικόΗ πρόοδος των εργαλείων στην αστροφυσική μοντελοποίηση και κατανόηση των πυρηνικών ιδιοτήτων μπορεί να αποκαλύψει ποια αστρονομικά αντικείμενα δημιουργούν τα βαρύτερα στοιχεία στο ηλιακό σύστημα.

Διαβάστε επίσης:

Οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει ένα ανάλογο μιας μαύρης τρύπας και επιβεβαίωσαν τη θεωρία του Hawking. Πού οδηγεί;

Εμφανίστηκε το πρώτο πανόραμα του Άρη. Αποτελείται από 142 φωτογραφίες!

Ένα γιγαντιαίο παγόβουνο χωρισμένο από την Ανταρκτική. Η έκτασή του είναι 1270 τετραγωνικά χιλιόμετρα.

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν το όριο ταχύτητας στον κβαντικό κόσμο.