Hur tungt kan ett element vara? Ett internationellt team av forskare har funnit att forntida stjärnor var kapabla att producera grundämnen med atommassa större än 260, tyngre än något grundämne i det periodiska systemet som finns naturligt på jorden. Fyndet fördjupar vår förståelse av elementbildning i stjärnor.
Vi är, bokstavligen, gjorda av stjärnprylar. Stjärnor är elementfabriker, där element ständigt smälter samman eller går sönder för att skapa andra lättare eller tyngre element. När vi hänvisar till lätta eller tunga grundämnen, talar vi om deras atommassa. I stora drag är atommassa baserad på antalet protoner och neutroner i kärnan i en atom av det elementet.
De tyngsta grundämnena är bara kända för att skapas i neutronstjärnor via den snabba neutronfångstprocessen, eller r-processen. Föreställ dig en enda atomkärna som flyter i en soppa av neutroner. Plötsligt fastnar ett gäng av dessa neutroner i kärnan under en mycket kort tidsperiod - vanligtvis på mindre än en sekund - och genomgår sedan några interna neutron-till-proton-förändringar, och voila! Ett tungt grundämne, som guld, platina eller uran, bildas.
De tyngsta grundämnena är instabila eller radioaktiva, vilket innebär att de sönderfaller med tiden. Ett sätt att göra detta på är genom att splittra, en process som kallas fission.
"R-processen är nödvändig om du vill göra element som är tyngre än till exempel bly och vismut", säger Ian Roederer, docent i fysik vid North Carolina State University och huvudförfattare till forskningen. Roederer var tidigare vid University of Michigan.
"Du måste lägga till många neutroner mycket snabbt, men haken är att du behöver mycket energi och många neutroner för att göra det," säger Roederer. "Och det bästa stället att hitta båda är vid födelsen eller döden av en neutronstjärna, eller när neutronstjärnor kolliderar och producerar råvarorna för processen.
"Vi har en allmän uppfattning om hur r-processen fungerar, men villkoren för processen är ganska extrema", säger Roederer. "Vi har ingen bra uppfattning om hur många olika typer av platser i universum som kan generera r-processen, vi vet inte hur r-processen slutar, och vi kan inte svara på frågor som hur många neutroner kan du lägga till eller, hur tungt kan ett grundämne vara. Så vi bestämde oss för att titta på element som kunde göras genom klyvning i några välstuderade gamla stjärnor för att se om vi kunde börja svara på några av dessa frågor?>
Teamet tog en ny titt på mängden tunga grundämnen i 42 välstuderade stjärnor i Vintergatan. Stjärnorna var kända för att ha tunga grundämnen som bildades av r-processen i tidigare generationer av stjärnor. Genom att ta en bredare syn på mängden av varje tungt element som finns i dessa stjärnor kollektivt, snarare än individuellt, vilket är vanligare, identifierade de tidigare okända mönster. Verket visas i tidskriften Science .
Dessa mönster signalerade att vissa grundämnen listade nära mitten av det periodiska systemet - som silver och rodium - troligen var resterna av klyvning av tunga element. Teamet kunde fastställa att r-processen kan producera atomer med en atommassa på minst 260 innan de klyvs.
"Denna 260 är intressant eftersom vi inte tidigare har upptäckt något så tungt i rymden eller naturligt på jorden, inte ens i kärnvapenprov", säger Roederer. "Men att se dem i rymden ger oss vägledning för hur vi ska tänka på modeller och fission - och kan ge oss insikt i hur den rika mångfalden av element kom till."
Mer information: Ian U. Roederer et al, Elementöverflödsmönster i stjärnor indikerar klyvning av kärnor som är tyngre än uran, Science (2023). DOI:10.1126/science.adf1341. www.science.org/doi/10.1126/science.adf1341
Journalinformation: Vetenskap
Tillhandahålls av North Carolina State University
