Gennemtrængende mysteriet om guldets kosmiske oprindelse

Hvor gør guld, det ædle metal eftertragtet af dødelige gennem tiderne, kommer fra? Hvordan, hvor og hvornår blev den produceret? August sidste år, en enkelt astrofysisk observation gav os endelig nøglen til at besvare disse spørgsmål. Resultaterne af denne forskning blev offentliggjort den 16. oktober, 2017.

Guld eksisterer på forhånd dannelsen af ​​Jorden:det er det, der adskiller den fra, for eksempel, diamant. Hvor værdifuld det end måtte være, denne ædelsten er født udelukkende af kul, hvis atomstruktur er modificeret af et enormt pres fra jordskorpen. Guld er helt anderledes - de stærkeste kræfter i jordens kappe er ude af stand til at ændre sammensætningen af ​​dens atomkerne. Ærgerligt for alkymisterne, der drømte om at omdanne bly til guld.

Alligevel er der guld på Jorden, begge i sin dybe kerne, hvor den er vandret sammen med tunge elementer såsom bly eller sølv, og i planetens skorpe, det er her, vi udtrækker dette ædle metal. Mens guldet i kernen allerede var der ved dannelsen af ​​vores planet, at i skorpen er for det meste udenjordisk og ankom efter dannelsen af ​​jorden. Det blev bragt af en gigantisk meteorregn, der bombarderede Jorden (og Månen) for omkring 3,8 milliarder år siden.

Dannelse af tunge elementer

Hvordan produceres guld i universet? Grundstofferne tungere end jern, herunder guld, er delvist produceret af s proces i stjernernes ultimative udviklingsfaser. Det er en langsom proces ( s står for langsom), der fungerer i kernen af ​​det, der kaldes AGB -stjerner - dem med lav og mellemliggende masse (mindre end 10 solmasser), der kan producere kemiske grundstoffer op til polonium. Den anden halvdel af de tunge elementer er produceret af r proces ( r står for hurtig). Men stedet, hvor denne nukleosynteseproces finder sted, har længe været et mysterium.

For at forstå opdagelsen aktiveret af 17. august, 2017, observation, vi er nødt til at forstå det videnskabelige status quo der eksisterede på forhånd. I omkring 50 år, den dominerende antagelse blandt det videnskabelige samfund var, at r processen fandt sted under den endelige eksplosion af massive stjerner (specialister taler om en kernekollaps -supernova). Ja, dannelsen af ​​lette elementer (dem op til jern) indebærer atomreaktioner, der sikrer stjernernes stabilitet ved at modvirke sammentrækning forårsaget af tyngdekraften. For tungere elementer - dem fra jern og videre - er det nødvendigt at tilføre energi eller gå meget specifikke veje, som f.eks s og r processer. Forskere mente, at r proces kan forekomme i udstødt materiale fra eksplosionen af ​​massive stjerner, fange en del af den frigivne energi og deltage i formidlingen af ​​materiale i det interstellare medium.

På trods af denne forklarings enkelhed, numerisk modellering af supernovaer har vist sig ekstremt kompliceret. Efter 50 års indsats, forskere er lige begyndt at forstå dens mekanisme. De fleste af disse simuleringer giver desværre ikke de fysiske betingelser for r behandle.

Disse betingelser er dog ganske enkle:du har brug for mange neutroner og et virkelig varmt miljø.

Sammensmeltning af neutronstjerner

I det sidste årti eller deromkring, nogle forskere er begyndt for alvor at undersøge et alternativt scenarie for produktionsstedet for tunge elementer. De fokuserede deres opmærksomhed på neutronstjerner. Som det passer deres navn, de udgør et gigantisk reservoir af neutroner, som frigives lejlighedsvis. Den stærkeste af disse udgivelser sker under deres fusion, i et binært system, også kaldet kilonova. Der er flere signaturer af dette fænomen, der heldigvis blev set den 17. august:en gravitationsbølgeemission, der kulminerede en brøkdel af et sekund før den sidste fusion af stjernerne og et udbrud af stærkt energisk lys (kendt som et gammastråleudbrud) udsendes ved en stråle af stof, der nærmer sig lysets hastighed. Selvom disse udbrud er blevet observeret regelmæssigt i flere årtier, det er først siden 2015, at gravitationsbølger har været påviselige på Jorden takket være jomfru- og LIGO -interferometre.

17. august vil fortsat være en vigtig dato for det videnskabelige samfund. Ja, det markerer den første samtidige opdagelse af ankomsten af ​​gravitationsbølger-hvis oprindelse på himlen var nogenlunde godt identificeret-og et gammastråleudbrud, hvis oprindelse også var rimelig godt lokaliseret og faldt sammen med den første. Gamma-ray burst emissioner er fokuseret i en smal kegle, og astronomernes heldige pause var, at denne blev udsendt i Jordens retning.

I de følgende dage, teleskoper analyserede løbende lyset fra denne kilonova og fandt bekræftelse på produktionen af ​​grundstoffer, der var tungere end jern. De var også i stand til at estimere hyppigheden af ​​fænomenet og mængden af ​​materiale, der blev skubbet ud. Disse estimater stemmer overens med den gennemsnitlige overflod af de elementer, der observeres i vores galakse.

I en enkelt observation, den hypotese, der hersket indtil nu - om a r proces, der udelukkende forekommer under supernovaer - er nu alvorligt i tvivl, og det er nu sikkert, at r processen finder også sted i kilonovaer. Supernovas og kilonovas respektive bidrag til de tunge grundstoffers nukleosyntese mangler at blive bestemt, og det vil blive gjort med akkumulering af nulpunkt relateret til de næste observationer. 17. august -observationen alene har allerede tilladt et stort videnskabeligt fremskridt for den globale forståelse af oprindelsen af ​​tunge grundstoffer, herunder guld.

Et nyt vindue på universet

Et nyt vindue til universet er lige blevet åbnet, som den dag, da Galileo fokuserede det første teleskop på himlen. Jomfru- og LIGO -interferometre gør det nu muligt at "høre" de mest voldelige fænomener i universet, og enorme perspektiver har åbnet sig for astronomer, astrofysikere, partikelfysikere og atomfysikere. Denne videnskabelige præstation var kun mulig takket være det frugtbare samarbejde mellem stærkt støttende nationer, især USA, Tyskland, Frankrig og Italien. Som et eksempel, der er kun ét laboratorium i verden, der er i stand til at nå den krævede præcision for spejle, der afspejler lasere, LMA i Lyon, Frankrig. Nye interferometre er under udvikling i Japan og indisk, og denne liste vil helt sikkert snart blive længere givet store opdagelser, der forventes for fremtiden.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.