Γαλαξιακό «ορυχείο χρυσού» εξηγεί την προέλευση των βαρύτερων στοιχείων στη φύση (Τι είναι η r-διαδικασία;)

Τα περισσότερα από τα χημικά στοιχεία, που συνθέτουν τα πάντα από τα άστρα μέχρι το μικρότερο οργανισμό, σφυρηλατήθηκαν στους πυρηνικούς κλιβάνους των άστρων, όπως ο Ήλιος μας. Αλλά η κοσμική πηγή για ένα ορισμένο σύνολο βαρέων, συχνά πολύτιμων, στοιχείων όπως ο χρυσός, ο άργυρος, ο μόλυβδος και το ουράνιο, διέφευγε επί μακρόν από τους επιστήμονες. Αστρονόμοι μελετώντας ένα γαλαξία που ονομάζεται Reticulum II, έχουν ανακαλύψει τώρα ότι τα άστρα του περιέχουν τεράστιες ποσότητες από αυτά τα μέταλλα, που συλλογικά καλούνται στοιχεία r-διαδικασίας. Από τους 10 νάνους γαλαξίες που έχουν μελετηθεί, με τον ίδιο τρόπο μέχρι σήμερα, μόνο ο Reticulum II εμφανίζει τέτοια ισχυρά χημικά σήματα-υπογραφές. Τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι κάποιο ασυνήθιστο συμβάν έλαβε χώρα πριν από δισεκατομμύρια χρόνια που δημιούργησε άφθονες ποσότητες βαρέων μετάλλων και μετά τα διέσπειρε σε όλη τη δεξαμενή αερίου και σκόνης του γαλαξία. Αυτό το εμπλουτισμένο από την r-διαδικασία υλικό, στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε για να σχηματίσει τα άστρα του Reticulum II που ξεχωρίζουν.

Με βάση μια νέα μελέτη, μιας ομάδας ερευνητών στο Ινστιτούτο Kavli στο MIT, το ασυνήθιστο συμβάν στον Reticulum II πιθανώς ήταν η σύγκρουση δυο υπέρπυκνων αντικειμένων που ονομάζονται αστέρες νετρονίων. Οι επιστήμονες για δεκαετίες είχαν υποθέσει ότι αυτές οι συγκρούσεις θα μπορούσαν να εξυπηρετήσουν ως πρωταρχική πηγή για τα στοιχεία της r-διαδικασίας, αν και η ιδέα αυτή είχε ελλειπή στέρεα παρατηρησιακά στοιχεία. Τώρα, οπλισμένοι με αυτές τις πληροφορίες, οι επιστήμονες μπορούν να ελπίζουν περαιτέρω να ανασυνθέσουν τις ιστορίες των γαλαξιών βασιζόμενοι στα περιεχόμενα των άστρων τους, κάνοντας στην πραγματικότητα «αστρική αρχαιολογία».

Καλλιτεχνική απεικόνιση διαμόρφωσης βαρέων στοιχείων ενός υπερκαινοφανούς (Η εικόνα από το άρθρο του Kavli Foundation)

Τι είναι η r-διαδικασία;

Η r-διαδικασία (rapid-process) σηματοδοτεί μια «διαδικασία ταχείας σύλληψης νετρονίου». Το φαινόμενο αυτό, το οποίο περιγράφηκε θεωρητικά από πυρηνικούς φυσικούς το 1957, δημιουργεί στοιχεία στη φύση που είναι βαρύτερα από το σίδηρο. Στις εκρήξεις των υπερκαινοφανών άστρων μεγάλης μάζας και στις συγκρούσεις αστέρων νετρονίων τεράστιοι αριθμοί από ελεύθερα κινούμενα νετρόνια συνδέονται με άτομα σιδήρου. Καθώς όλο και περισσότερα νετρόνια στοιβάζονται στους πυρήνες των ατόμων, τα νετρόνια υφίστανται ραδιενεργό διάσπαση, μετατρεπόμενα σε πρωτόνια. Συνεπώς, σχηματίζονται νέα, βαρύτερα στοιχεία, αφού τα στοιχεία διαφοροποιούνται από τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα των ατόμων τους.

Όπως υποδηλώνει το όνομά της, αυτή η διαδικασία πρέπει να συμβαίνει ταχύτατα ώστε να σχηματίσει πολύ βαρύτερους, πλούσιους σε νετρόνια, πυρήνες που μετά διασπώνται σε βαρέα στοιχεία, όπως ουράνιο, που έχει 92 πρωτόνια συγκρινόμενα με τα 26 του σιδήρου. Ενώ μια θεωρητική κατανόηση της r-διαδικασίας είναι λογική, οι επιστήμονες έχουν αντιπαρατεθεί πάνω στις αστροφυσικές συνθήκες και τους τόπους όπου η διαδικασία μπορεί πραγματικά να συμβεί.

Μια ακόμη διαδικασία είναι η s-διαδικασία, η αργή διαδικασία, που σηματοδοτεί την σύλληψη νετρονίων από βαρείς πυρήνες στο εσωτερικό άστρων που βρίσκονται στα τελευταία στάδια της ζωής τους και έχουν μικρή πυκνότητα νετρονίων.

Πηγή: Kavli Foundation

Περισσότερα στη δημοσίευση: R-process enrichment from a single event in an ancient dwarf galaxy, Nature 531