Cele mai puternice explozii din Univers ar putea dezvălui de unde provine aurul

De unde provine aurul? Exploziile de raze gamma, cele mai puternice tipuri de explozii cunoscute din Univers, ar putea oferi o nouă piesă de puzzle în înțelegerea uneia dintre cele mai mari provocări din fizică: modul în care sunt create cele mai grele elemente din cosmos.

Un nou studiu sugerează că lumina extrem de intensă emisă de aceste explozii ar putea contribui la formarea elementelor grele, prin reacții care au loc în straturile exterioare ale stelelor pe moarte.

• Ce este ura și de ce apare?
• De ce ne gândim obsesiv la aceleași lucruri noaptea

De unde provine aurul? Până acum, cercetările arătau că formarea elementelor grele, cum ar fi aurul, necesită un număr foarte mare de neutroni, care pot fi absorbiți de nuclee atomice pentru a deveni din ce în ce mai masive. Din acest motiv, oamenii de știință credeau că elementele grele se pot forma doar în locuri în care există deja neutroni în cantități mari, a explicat Matthew Mumpower, fizician la Laboratorul Național Los Alamos din New Mexico (SUA).

De unde provine aurul?

În mod normal, neutronii sunt încorporați în nuclee atomice sau în materia din stele extrem de dense, cum sunt stelele neutronice. Reacțiile nucleare, precum fisiunea sau fuziunea, pot elibera neutronii din aceste structuri, permițând formarea elementelor grele. Totuși, neutronii liberi se dezintegrează rapid, în aproximativ 15 minute, ceea ce limitează foarte mult situațiile în care pot fi suficient de numeroși pentru a permite astfel de procese. Una dintre aceste situații rare este ciocnirea catastrofală dintre două stele neutronice.

„Studiez originea elementelor grele de peste 20 de ani. Este un subiect fascinant, plin de necunoscute, și unul dintre cele mai dificile probleme nerezolvate din fizică”, a spus Mumpower.

Acum, Mumpower și colegii săi propun un nou mecanism pentru formarea elementelor grele: fotonii extrem de energici (particulele de lumină) proveniți din exploziile de raze gamma ar putea ajuta la generarea neutronilor necesari.

„Dacă ai fotoni suficient de energetici, aceștia pot produce neutroni, iar cu neutroni poți crea elemente grele”, a explicat Mumpower, citat de Space.com.

De unde provine aurul și cum se formează?

În acest scenariu, o stea masivă își încheie existența după ce își consumă combustibilul. Fără energia necesară pentru a contracara propria gravitație uriașă, miezul stelei se prăbușește, formând o gaură neagră. În urma acestui proces, pot fi emise jeturi de radiații extrem de puternice: exploziile de raze gamma.

Dacă gaura neagră rezultată se rotește suficient de rapid, poate lansa un jet energetic care lovește straturile exterioare ale stelei muribunde, creând un „cocon” de material extrem de fierbinte. În această zonă, cercetătorii cred că fotonii energici pot transforma rapid protonii în neutroni, într-un interval de doar câteva nanosecunde. De asemenea, fotonii pot sparge nuclee atomice, eliberând neutroni liberi. Acești neutroni pot contribui ulterior la formarea elementelor grele.

Inspirația pentru acest studiu a venit, surprinzător, dintr-o discuție cu copiii săi, a povestit Mumpower. În timpul pandemiei, aceștia urmăreau pe YouTube clipuri cu filmări cu încetinitorul, iar unul dintre ele arăta un tren de marfă care străpungea o grămadă imensă de zăpadă. „M-am gândit: dacă trenul reprezintă un jet astrofizic plin de fotoni de mare energie, iar zăpada reprezintă steaua care este spulberată, creând un cocon fierbinte în care se pot genera neutroni?”, a spus Mumpower. Această analogie a fost momentul său de revelație și a declanșat ideea cercetării.

O explicație și pentru descoperiri anterioare

Acest nou mecanism ar putea explica unele descoperiri ciudate din trecut, cum ar fi prezența în sedimentele marine de pe Pământ a unor materiale radioactive precum fier-60 și plutoniu-244, care par să aibă o origine extraterestră. Coliziunile dintre stele neutronice, unul dintre mecanismele cunoscute pentru formarea elementelor grele, nu pot justifica ușor apariția acestor materiale.

De asemenea, noua teorie ar putea clarifica descoperirea recentă a unei kilonove (o strălucire de lumină vizibilă și infraroșie) asociată cu explozii de raze gamma de lungă durată. Până acum, kilonovele erau legate mai ales de ciocnirea a două stele neutronice sau a unei stele neutronice cu o gaură neagră, nu de prăbușirea stelelor masive.

Mumpower speră ca viitoarele observații astronomice să confirme această teorie. Instrumentele care detectează lumină, neutrini și unde gravitaționale ar putea urmări modul în care o stea aflată în colaps generează o explozie de raze gamma și o kilonovă. „Aceste informații ar reprezenta dovada clară a mecanismului fizic propus”, a spus el.

Rezultatele cercetării au fost publicate în revista The Astrophysical Journal.

Vă recomandăm să citiți și:

Astronomii au descoperit stele spiralate care se îndreaptă spre o explozie cosmică rară

La mulți ani, Hubble! Îndrăgitul telescop împlinește 35 de ani pe orbita Pământului!

Astronomii au descoperit că galaxiile mor mai devreme decât se credea

Câmpurile magnetice extreme din apropierea găurii negre a galaxiei noastre împiedică nașterea stelelor