Hogyan jöttek létre az univerzum legnehezebb anyagai?

Mint az Eötvös Loránd Kutatási Hálózat Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpontjának (ELKH CSFK) közleményében írják, az univerzumban található elemeknek és izotópoknak az eredete nem teljesen ismert. Még mindig eldöntetlen kérdés, hogy milyen csillagászati esemény hozta létre az univerzum legnehezebb elemeit, például a jódot, a platinát, az uránt és az aranyat. Eredetük megismerése közelebb vihet a Naprendszer kialakulásának és kémiai összetételének megértéséhez.

Az már ismert, hogy a legnehezebb elemek létrejötte egy gyors neutronbefogódással járó, új atommagokat létrehozó folyamat, röviden r-folyamat eredménye. Idáig úgy vélték, hogy az r-folyamat vagy két neutroncsillag, vagy egy neutroncsillag és egy fekete lyuk ütközéséhez, vagy pedig egy ritka szupernova-robbanáshoz köthető, ami különleges típusú, nagy tömegű csillagok fejlődésének végén következik be.

Az r-folyamat során képződő atommagok közül néhány radioaktív, és évek millióinak kell eltelnie ahhoz, hogy stabil atommagokká alakuljanak át.

A jód-129 és a Curie házaspár után elnevezett kűrium-247 pont ilyen izotópok, melyek Naprendszerünk kialakulásakor a meteoritok anyagába kerültek. E két atommagnak van egy közös és igen jelentős tulajdonsága: majdnem ugyanolyan a felezési idejük. Ez azt jelenti, hogy a jód-129 és a kűrium-247 aránya nem változott a több milliárd évvel ezelőtti képződésük óta.

Tehát a meteoritok megőrzik az ősi csillagrobbanások körülményeinek emlékét. "A kezdeti jód-129 és kűrium-247 arány befagyott az idő múlásával, mint egy fosszília megőrződött, és ennek segítségével közvetlenül vizsgálhatjuk azt a legutolsó csillagászati eseményt, ami nehéz elemeket szállított a Naprendszerünket kialakító anyaghoz" – idézik a közleményben Benoit Cotét, az ELKH CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet munkatársát, a kutatás vezetőjét.

A munka során a kutatók megvizsgálták, hogy a két neutroncsillag, illetve egy neutroncsillag és egy fekete lyuk ütközése során milyen arányban képződik a jód-129 és a kűrium-247, és a számításokból kapott eredményeket összehasonlították a meteoritokban mérhető értékekkel.

Arra a következtetésre jutottak, hogy a Naprendszer születése előtti utolsó r-folyamat nem játszódhatott le túlságosan nagy neutronsűrűségű közegben, mert akkor jóval több kűrium képződött volna a jódhoz képest. Ez azt is jelenti, hogy a nagyon nagy neutronsűrűséggel járó folyamatok, mint például amikor két neutroncsillag nagy energiájú ütközésekor az anyag kiszakad a neutroncsillag felszínéről, nem játszhattak fontos szerepet. Ellenben egy közepesen neutronsűrű környezet, mint például a két összeolvadó csillag körül formálódó diszkből kilökődő anyag már jó egyezést mutat a meteoritokban mért adatokkal.

Mivel az anyagképződés, vagyis a nukleoszintézis jóslata sok bizonytalan nukleáris tulajdonságon és csillagfolyamaton alapszik, a válasz arra, hogy egészen pontosan mi volt az az utolsó csillagászati objektum, amely nehéz elemeket szállított a Naprendszerünkbe, még mindig bizonytalan. "De, az a felismerés, hogy a jód-129 és a kűrium-247 arányával közvetlenül vizsgálhatjuk a nehéz elemek képződésének körülményeit, az önmagában egy nagyszerű eredmény" – mondja Maria Lugaro, a budapesti ERC Radiostar kutatócsoport vezetője, a cikk társszerzője.

"Végső soron a neutroncsillag ütközések és a csillagrobbanások jövőbeli szimulációi, illetve a nukleáris tulajdonságok kísérleti vizsgálatai igazolhatják eredményeinket, és tovább pontosíthatják Naprendszerünk és ezen belül Földünk nehéz elemeinek eredetét" – írják a beszámolóban.

Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának tudományos hírekkel is szolgáló Facebook-oldalát.