Var kommer guld, den ädla metall som eftertraktats av dödliga genom tiderna, komma från? Hur, var och när tillverkades den? Sista augusti, en enda astrofysisk observation gav oss slutligen nyckeln till att svara på dessa frågor. Resultaten av denna forskning publicerades den 16 oktober, 2017.

Guld existerar redan från bildandet av jorden:det är detta som skiljer den från, till exempel, diamant. Hur värdefullt det än är, denna ädelsten är född ur kol, vars atomstruktur modifieras av ett enormt tryck från jordskorpan. Guld är helt annorlunda – de starkaste krafterna i jordens mantel kan inte ändra sammansättningen av dess atomkärna. Synd för alkemisterna som drömde om att förvandla bly till guld.

Ändå finns det guld på jorden, både i dess djupa kärna, där den har vandrat tillsammans med tunga grundämnen som bly eller silver, och i planetens skorpa, det är där vi utvinner denna ädla metall. Medan guldet i kärnan redan fanns där vid bildandet av vår planet, som i skorpan är mestadels utomjordisk och anlände efter bildandet av jorden. Den kom med av en gigantisk meteorregn som bombarderade jorden (och månen) för cirka 3,8 miljarder år sedan.

Bildning av tunga element

Hur produceras guld i universum? Grundämnen tyngre än järn, inklusive guld, är delvis producerade av s process under stjärnornas ultimata utvecklingsfas. Det är en långsam process ( s står för långsam) som verkar i kärnan av vad som kallas AGB-stjärnor – de med låg och medelstor massa (mindre än 10 solmassor) som kan producera kemiska grundämnen upp till polonium. Den andra hälften av de tunga elementen produceras av r bearbeta ( r står för snabb). Men platsen där denna nukleosyntesprocess äger rum har länge förblivit ett mysterium.

För att förstå upptäckten som möjliggjordes av den 17 augusti, 2017, observation, vi måste förstå det vetenskapliga status quo som fanns innan. I cirka 50 år, det dominerande antagandet bland vetenskapssamfundet var att r process ägde rum under den slutliga explosionen av massiva stjärnor (specialister talar om en kärnkollapssupernova). Verkligen, bildandet av lätta element (de upp till järn) innebär kärnreaktioner som säkerställer stjärnornas stabilitet genom att motverka sammandragning inducerad av gravitationen. För tyngre grundämnen – de från järn och bortom – är det nödvändigt att tillföra energi eller ta mycket specifika vägar, så som s och r processer. Forskare trodde att r process kan inträffa i utstött materia från explosionen av massiva stjärnor, fånga en del av den frigjorda energin och delta i spridningen av material i det interstellära mediet.

Trots enkelheten i denna förklaring, numerisk modellering av supernovor har visat sig vara extremt komplicerad. Efter 50 års ansträngningar, forskare har precis börjat förstå dess mekanism. De flesta av dessa simuleringar ger tyvärr inte de fysiska förutsättningarna för r bearbeta.

Dessa förhållanden är dock ganska enkla:du behöver många neutroner och en riktigt varm miljö.

Fusion av neutronstjärnor

Under det senaste decenniet eller så, en del forskare har börjat på allvar undersöka ett alternativt scenario för tillverkning av tunga element. De fokuserade sin uppmärksamhet på neutronstjärnor. Som det anstår deras namn, de utgör en gigantisk reservoar av neutroner, som släpps då och då. Den starkaste av dessa utsläpp sker under sammanslagning, i ett binärt system, även kallad kilonova. Det finns flera signaturer av detta fenomen som lyckligtvis sågs den 17 augusti:en gravitationsvågemission som kulminerade en bråkdel av en sekund innan den slutliga sammansmältningen av stjärnorna och en explosion av mycket energiskt ljus (känd som en gammastrålning) sänds ut av en materia som närmar sig ljusets hastighet. Även om dessa utbrott har observerats regelbundet i flera decennier, det är först sedan 2015 som gravitationsvågor har kunnat detekteras på jorden tack vare Virgo- och LIGO-interferometrarna.

Den 17 augusti kommer att förbli ett viktigt datum för forskarvärlden. Verkligen, det markerar den första samtidiga upptäckten av ankomsten av gravitationsvågor – vars ursprung på himlen var ganska väl identifierat – och en gammastrålning, vars ursprung också var ganska väl lokaliserat och sammanföll med det första. Gammastrålning är fokuserad i en smal kon, och astronomernas lyckoavbrott var att den här sändes ut i jordens riktning.

Under de följande dagarna, teleskop analyserade kontinuerligt ljuset från denna kilonova och fann bekräftelse på produktionen av element tyngre än järn. De kunde också uppskatta frekvensen av fenomenet och mängden material som kastades ut. Dessa uppskattningar överensstämmer med den genomsnittliga mängden av de element som observerats i vår galax.

I en enda observation, hypotesen som rådde fram till nu – om en r process som uteslutande sker under supernovor – är nu allvarligt ifrågasatt och det är nu säkert att r process sker också i kilonovaer. Respektive bidrag från supernovor och kilonovaer för de tunga elementens nukleosyntes återstår att fastställa, och det kommer att göras med ackumulering av datum relaterat till nästa observationer. Enbart observationen den 17 augusti har redan möjliggjort ett stort vetenskapligt framsteg för den globala förståelsen av ursprunget till tunga grundämnen, inklusive guld.

Ett nytt fönster på universum

Ett nytt fönster till universum har precis öppnats, som dagen då Galileo fokuserade det första teleskopet på himlen. Jungfrun och LIGO-interferometrarna gör det nu möjligt att "höra" de mest våldsamma fenomenen i universum, och enorma perspektiv har öppnats för astronomer, astrofysiker, partikelfysiker och kärnfysiker. Denna vetenskapliga prestation var endast möjlig tack vare det fruktbara samarbetet mellan mycket stödjande nationer, i synnerhet USA, Tyskland, Frankrike och Italien. Som ett exempel, det finns bara ett laboratorium i världen som kan uppnå den precision som krävs för speglarna som reflekterar lasrar, LMA i Lyon, Frankrike. Nya interferometrar är under utveckling i Japan och Indien, och den här listan kommer säkert snart att bli längre med tanke på enorma upptäckter som förväntas för framtiden.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.