Jordens tungmetaller er resultatet af supernovaeksplosion

Det guld på din ringfinger er fantastisk - og ikke kun på en gratis måde.

I et fund, der kan vælte vores forståelse af, hvor Jordens tunge grundstoffer såsom guld og platin kommer fra, ny forskning fra en fysiker fra University of Guelph tyder på, at de fleste af dem blev udspyet fra en stort set overset form for stjerneeksplosion langt væk i rum og tid fra vores planet.

Omkring 80 procent af de tunge grundstoffer i universet er sandsynligvis dannet i kollapsarer, en sjælden, men tung grundstofrig form for supernovaeksplosion fra det gamle gravitationssammenbrud, massive stjerner, der typisk er 30 gange så tunge som vores sol, sagde fysikprofessor Daniel Siegel.

Denne opdagelse vælter den udbredte tro på, at disse elementer for det meste kommer fra kollisioner mellem neutronstjerner eller mellem en neutronstjerne og et sort hul, sagde Siegel.

Hans papir, der er skrevet sammen med Columbia University-kolleger, vises i dag i tidsskriftet Natur .

Brug af supercomputere, trioen simulerede dynamikken i kollapsarer, eller gamle stjerner, hvis tyngdekraft får dem til at implodere og danne sorte huller.

Under deres model, massiv, hurtigt roterende kollapsarer udstøder tunge grundstoffer, hvis mængder og fordeling "forbavsende ligner det, vi observerer i vores solsystem, " sagde Siegel. Han sluttede sig til U of G denne måned og er også udnævnt til Perimeter Institute for Theoretical Physics, i Waterloo, På T.

De fleste af de grundstoffer, der findes i naturen, blev skabt i kernereaktioner i stjerner og i sidste ende drevet ud i enorme stjerneeksplosioner.

Tunge grundstoffer fundet på Jorden og andre steder i universet fra eksplosioner for længe siden spænder fra guld og platin, til uran og plutonium, der anvendes i atomreaktorer, til mere eksotiske kemiske grundstoffer såsom neodym fundet i forbrugerartikler såsom elektronik.

Indtil nu, videnskabsmænd troede, at disse grundstoffer for det meste blev kogt sammen i stjernesammenbrud, der involverede neutronstjerner eller sorte huller, som i en kollision af to neutronstjerner observeret af jordbundne detektorer, der skabte overskrifter i 2017.

Ironisk, sagde Siegel, hans team begyndte at arbejde på at forstå fysikken i den fusion, før deres simuleringer pegede mod kollapsarer som et fødselskammer for tungt element. "Vores forskning i neutronstjernefusioner har fået os til at tro, at fødslen af ​​sorte huller i en meget anden type stjerneeksplosion kan producere endnu mere guld end neutronstjernefusioner."

Hvad kollapsarer mangler i frekvens, de kompenserer for generering af tunge elementer, sagde Siegel. Kollapsarer producerer også intense glimt af gammastråler.

"80 procent af disse tunge grundstoffer, vi ser, burde komme fra kollapsarer. Collapsarer er ret sjældne i forekomster af supernovaer, endnu mere sjældne end neutronstjernefusioner - men mængden af ​​materiale, som de skubber ud i rummet, er meget højere end fra neutronstjernefusioner."

Holdet håber nu at se sin teoretiske model valideret af observationer. Siegel sagde infrarøde instrumenter som dem på James Webb Space Telescope, indstillet til lancering i 2021, skulle være i stand til at detektere afslørende stråling, der peger på tunge grundstoffer fra en kollapsar i en fjern galakse.

"Det ville være en klar signatur, " han sagde, tilføjer, at astronomer også kan opdage beviser for kollapser ved at se på mængder og fordeling af tunge grundstoffer i andre stjerner på tværs af vores Mælkevejsgalakse.

Siegel sagde, at denne forskning kan give fingerpeg om, hvordan vores galakse begyndte.

"At prøve at finde ud af, hvor tunge grundstoffer kommer fra, kan hjælpe os til at forstå, hvordan galaksen blev kemisk samlet, og hvordan galaksen blev dannet. Dette kan faktisk hjælpe med at løse nogle store spørgsmål inden for kosmologi, da tunge grundstoffer er et godt spor."

I år er det 150-året for Dmitri Mendeleevs oprettelse af det periodiske system over de kemiske grundstoffer. Siden da, videnskabsmænd har tilføjet mange flere elementer til det periodiske system, en fast bestanddel af naturvidenskabelige lærebøger og klasseværelser verden over.

Med henvisning til den russiske kemiker, Siegel sagde, "Vi kender mange flere elementer, som han ikke gjorde. Hvad der er fascinerende og overraskende er, at efter 150 års studier af naturens grundlæggende byggesten, vi forstår stadig ikke helt, hvordan universet skaber en stor brøkdel af grundstofferne i det periodiske system."