Badanie skorupy ziemskiej wskazuje że supernowe nie są kopalniami złota

Odrobina atomów plutonu osadzonych w skorupie ziemskiej pomaga ustalić pochodzenie najcięższych pierwiastków.

Naukowcy od dawna podejrzewali, że pierwiastki takie jak złoto, srebro i pluton powstają podczas wybuchów supernowych. Jednak typowe supernowe nie mogą wyjaśnić ilości ciężkich pierwiastków w naszym kosmicznym sąsiedztwie, sugerują nowe badania. Oznacza to, że inne kataklizmy musiały być powodem ich powstania, donosi fizyk Anton Wallner i jego współpracownicy w Science z 14 maja.

Naukowcy uważają, że powstanie ciężkie pierwiastki jest bardziej prawdopodobne w wyniku zderzenia dwóch gęstych, martwych gwiazd zwanych gwiazdami neutronowymi lub w wyniku wybuchu niektórych rzadkich typów supernowych, takich jak te, które powstają z szybko wirujących gwiazd.

Ciężkie pierwiastki mogą być wytwarzane w szeregu reakcji, w których jądra atomowe pęcznieją coraz bardziej i bardziej, gdy szybko pochłaniają neutrony. Ta seria reakcji jest nazywana procesem r, gdzie „r” oznacza szybki [od angielskiego słowa rapid]. Ale, mówi Wallner z Australian National University w Canberze, „nie wiemy na pewno, gdzie znajduje się miejsce procesu r”. To tak, jakby mieć listę osób zaproszonych na spotkanie, ale nie znałbyś lokalizacji spotkania, więc wiesz, kto tam jest, nie wiedząc, gdzie jest impreza.

Naukowcy sądzili, że mają odpowiedź po zderzeniu się gwiazd neutronowych w 2017 roku, podczas którego powstały ciężkie pierwiastki. Ale ciężkie pierwiastki pojawiają się w bardzo starych gwiazdach, które powstały zbyt wcześnie, aby gwiazdy neutronowe miały czas na zderzenie z nimi. „Wiemy, że musi to być coś innego” – mówi astrofizyk Almudena Arcones z Uniwersytetu Technicznego w Darmstadt w Niemczech, który nie był zaangażowany w nowe badania.

Gdyby w pobliżu Ziemi wystąpił proces r, niektóre z utworzonych pierwiastków mogłyby wylądować na Ziemi, pozostawiając “odcisnąć się” w skorupie ziemskiej. Rozpoczynając od 410-gramowej próbki skorupy Oceanu Spokojnego, Wallner i współpracownicy użyli akceleratora cząstek do oddzielania i liczenia atomów. W jednej części próbki naukowcy poszukiwali plutonu zwanego plutonem-244, który jest wytwarzany w procesie r. Ponieważ pierwiastki ciężkie są zawsze wytwarzane razem w określonych proporcjach w procesie r, pluton-244 może służyć jako wskaźnik zastępczy dla innych ciężkich pierwiastków. Zespół odkrył około 180 atomów plutonu-244, osadzonych w skorupie w ciągu ostatnich 9 milionów lat.

Naukowcy przeanalizowali próbkę głębinowej skorupy ziemskiej (na zdjęciu), aby znaleźć atomy plutonu i żelaza o kosmicznym pochodzeniu. NORIKAZU KINOSHITA

Badacze porównali liczbę plutonu do atomów, które mają znane źródło. Żelazo-60 jest uwalniane przez supernowe, ale powstaje w wyniku reakcji fuzji w gwieździe, a nie jako część procesu r. W innej, mniejszej części próbki zespół wykrył około 415 atomów żelaza-60.

Pluton-244 jest radioaktywny, z okresem półtrwania wynoszącym 80,6 miliona lat. Żelazo-60 ma jeszcze krótszy okres półtrwania, wynoszący 2,6 miliona lat. Zatem pierwiastki nie mogły być obecne, gdy powstała Ziemia, 4,5 miliarda lat temu. To sugeruje, że ich źródłem jest stosunkowo niedawne wydarzenie. Kiedy zliczono atomy żelaza-60 zgodnie z ich głębokością w skorupie, a zatem jak dawno temu zostały zdeponowane, naukowcy zaobserwowali dwa piki około 2,5 miliona lat temu i około 6,5 miliona lat temu, co sugeruje dwa – lub więcej – zdarzeń związanych z supernowymi w niedawnej przeszłości.

Naukowcy nie mogą powiedzieć, czy pluton, który wykryli, również pochodzi z tych supernowych. Ale gdyby tak było, ilość plutonu wytwarzanego w tych supernowych byłaby zbyt mała, aby wyjaśnić obfitość ciężkich pierwiastków w naszym kosmicznym sąsiedztwie – obliczyli naukowcy. To sugeruje, że zwykłe supernowe nie mogą być głównym źródłem ciężkich pierwiastków.

Oznacza to, że nadal potrzebne są inne źródła procesu r, mówi astrofizyk Anna Frebel z MIT, która nie była zaangażowana w badania. „Supernowe po prostu nie rozwiązują tego problemu”.

Badanie daje migawkę procesu r w naszym zakątku wszechświata – mówi astrofizyk Alexander Ji z Carnegie Observatories w Pasadenie w Kalifornii. „To właściwie pierwsze wykrycie czegoś takiego, więc jest naprawdę, naprawdę fajne”.

Źródło: Emily Conover

Zdjęcie: J. HESTER AND A. LOLL/ASU, NASA, ESA

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x