Gamle stjerner lavede ekstraordinært tunge grundstoffer, finder forskere

Hvor tungt kan et element være? Et internationalt hold af forskere har fundet ud af, at gamle stjerner var i stand til at producere grundstoffer med atommasse større end 260, tungere end noget grundstof i det periodiske system, der findes naturligt på Jorden. Fundet uddyber vores forståelse af grundstofdannelse i stjerner.

Vi er bogstaveligt talt lavet af stjerneting. Stjerner er grundstoffabrikker, hvor elementer konstant smelter sammen eller går i stykker for at skabe andre lettere eller tungere elementer. Når vi henviser til lette eller tunge grundstoffer, taler vi om deres atommasse. I store træk er atommasse baseret på antallet af protoner og neutroner i kernen af ​​et atom af det element.

De tungeste grundstoffer vides kun at blive skabt i neutronstjerner via den hurtige neutronfangstproces eller r-proces. Forestil dig en enkelt atomkerne, der flyder i en suppe af neutroner. Pludselig sidder en flok af disse neutroner fast til kernen i løbet af en meget kort tidsperiode - normalt på mindre end et sekund - og gennemgår derefter nogle interne neutron-til-proton-ændringer, og voila! Et tungt grundstof, såsom guld, platin eller uran, dannes.

De tungeste grundstoffer er ustabile eller radioaktive, hvilket betyder, at de henfalder over tid. En måde at gøre dette på er ved at splitte, en proces kaldet fission.

"R-processen er nødvendig, hvis du vil lave elementer, der er tungere end for eksempel bly og vismut," siger Ian Roederer, lektor i fysik ved North Carolina State University og hovedforfatter af forskningen. Roederer var tidligere ved University of Michigan.

"Du skal tilføje mange neutroner meget hurtigt, men fangsten er, at du har brug for en masse energi og mange neutroner for at gøre det," siger Roederer. "Og det bedste sted at finde begge er ved fødslen eller døden af ​​en neutronstjerne, eller når neutronstjerner kolliderer og producerer de rå ingredienser til processen.

"Vi har en generel idé om, hvordan r-processen fungerer, men betingelserne for processen er ret ekstreme," siger Roederer. "Vi har ikke en god fornemmelse af, hvor mange forskellige slags steder i universet, der kan generere r-processen, vi ved ikke, hvordan r-processen ender, og vi kan ikke besvare spørgsmål som, hvor mange neutroner kan du tilføje eller, hvor tungt kan et grundstof være. Så vi besluttede at se på elementer, der kunne laves ved fission i nogle velundersøgte gamle stjerner for at se, om vi kunne begynde at besvare nogle af disse spørgsmål?>

Holdet tog et nyt kig på mængden af ​​tunge grundstoffer i 42 velundersøgte stjerner i Mælkevejen. Stjernerne var kendt for at have tunge grundstoffer dannet af r-processen i tidligere generationer af stjerner. Ved at tage et bredere blik på mængderne af hvert tungt element, der findes i disse stjerner kollektivt, snarere end individuelt, som det er mere almindeligt, identificerede de tidligere uigenkendte mønstre. Værket vises i tidsskriftet Science .

Disse mønstre signalerede, at nogle grundstoffer, der er opført nær midten af ​​det periodiske system - såsom sølv og rhodium - sandsynligvis var resterne af tung grundstoffission. Holdet var i stand til at fastslå, at r-processen kan producere atomer med en atommasse på mindst 260, før de spalter.

"Den 260 er interessant, fordi vi ikke tidligere har opdaget noget så tungt i rummet eller naturligt på Jorden, selv i atomvåbenforsøg," siger Roederer. "Men at se dem i rummet giver os vejledning i, hvordan man tænker på modeller og fission - og kunne give os indsigt i, hvordan den rige mangfoldighed af elementer blev til."

Flere oplysninger: Ian U. Roederer et al., Elementoverflodsmønstre i stjerner indikerer spaltning af kerner, der er tungere end uran, Videnskab (2023). DOI:10.1126/science.adf1341. www.science.org/doi/10.1126/science.adf1341

Journaloplysninger: Videnskab

Leveret af North Carolina State University