Ett team av forskare, ledd av astrofysikern Sumner Starrfield vid Arizona State University, har kombinerat teori med både observationer och laboratoriestudier och fastställt att en klass av stjärnexplosioner, kallade klassiska novaer, är ansvariga för det mesta av litiumet i vår galax och solsystem.

Resultaten av deras studie har nyligen publicerats i Astrofysisk tidskrift från American Astronomical Society.

"Med tanke på litiums betydelse för vanliga användningsområden som värmebeständigt glas och keramik, litiumbatterier och litiumjonbatterier, och stämningsförändrande kemikalier; det är trevligt att veta var detta element kommer ifrån, sa Starrfield, som är en Regents Professor vid ASU:s School of Earth and Space Exploration och en Fellow i American Astronomical Society. "Och det är viktigt att förbättra vår förståelse av källorna till de element som våra kroppar och solsystemet är gjorda av."

Teamet har fortsatt att fastställa att en bråkdel av dessa klassiska novaer kommer att utvecklas tills de exploderar som supernovor av typ Ia. Dessa exploderande stjärnor blir ljusare än en galax och kan upptäckas på mycket stora avstånd i universum.

Som sådan, de används för att studera universums utveckling och var supernovorna som användes i mitten av 1990-talet för att upptäcka mörk energi, vilket får universums expansion att accelerera. De producerar också mycket av järnet i galaxen och solsystemet, en viktig beståndsdel i våra röda blodkroppar, som transporterar syre i hela kroppen.

Klassiska novaer

Bildandet av universum, brukar kallas "Big Bang, " bildade främst grundämnena väte, helium och lite litium. Alla andra kemiska grundämnen, inklusive majoriteten av litium, bildas i stjärnor.

Klassiska novaer är en klass av stjärnor som består av en vit dvärg (en stjärnrest med solens massa men storleken på jorden) och en större stjärna i nära omloppsbana runt den vita dvärgen.

Gas faller från den större stjärnan på den vita dvärgen, och när tillräckligt mycket gas har samlats på den vita dvärgen, en explosion, eller nova, inträffar. Det sker cirka 50 explosioner per år i vår galax och de ljusaste på natthimlen observeras av astronomer över hela världen.

Simuleringar, observationer och meteoriter

Flera metoder användes av författarna i denna studie för att bestämma mängden litium som produceras i en novaexplosion. De kombinerade datorförutsägelser om hur litium skapas av explosionen, hur gasen sprutas ut och hur dess totala kemiska sammansättning bör vara, tillsammans med teleskopobservationer av den utstötta gasen, för att faktiskt mäta sammansättningen.

Starrfield använde sina datorkoder för att simulera explosionerna och arbetade med medförfattaren och den amerikanske astronomiska fellow Charles E. Woodward från University of Minnesota och medförfattaren Mark Wagner från Large Binocular Telescope Observatory i Tucson och Ohio State för att få data om nova explosioner med markbaserade teleskop, kretsande teleskop och Boeing 747 NASA-observatoriet kallat SOFIA.

Medförfattare och kärnastrofysiker Christian Iliadis från University of North Carolina vid Chapel Hill och W. Raphael Hix från Oak Ridge National Laboratory och University of Tennessee, Knoxville gav insikt i kärnreaktionerna inom stjärnor som var avgörande för att lösa de differentialekvationer som behövs för denna studie.

"Vår förmåga att modellera var stjärnor får sin energi beror på att förstå kärnfusion där lätta kärnor smälts samman till tyngre kärnor och frigör energi, " sade Starrfield. "Vi behövde veta under vilka stjärnförhållanden vi kan förvänta oss att kärnorna ska interagera och vilka produkterna av deras interaktion är."

Medförfattare och isotopkosmokemist Maitrayee Bose från ASU:s School of Earth and Space Exploration analyserar meteoriter och interplanetära dammpartiklar som innehåller små stenar som bildats i olika typer av stjärnor.

"Våra tidigare studier har visat att en liten del av stjärndamm i meteoriter bildas i novaer, " sa Bose. "Så den värdefulla input från det arbetet var att nova-utbrott bidrog till det molekylära molnet som bildade vårt solsystem." Bose säger vidare att deras forskning förutsäger mycket specifika sammansättningar av stjärndammskorn som bildas i nova-utbrott och har stannat kvar. oförändrade sedan de bildades.

"Detta är pågående forskning i både teori och observationer, ", sa Starrfield. "Medan vi fortsätter att arbeta med teorier, vi ser fram emot när vi kan använda NASA:s rymdteleskop James Webb och Nancy Grace Roman Telescope för att observera novaer och lära oss mer om ursprunget till vårt universum."