Nasz świat jest pełen chemikaliów, które nie powinny istnieć.
Lżejsze pierwiastki, takie jak węgiel, tlen i hel, istnieją z powodu intensywnej energii syntezy jądrowej miażdżącej protony w gwiazdach. Ale pierwiastki, od kobaltu przez nikiel po miedź, aż po jod i ksenon, w tym uran i pluton, są po prostu zbyt ciężkie, aby mogły powstać w wyniku fuzji gwiezdnej. Nawet jądro największego, najjaśniejszego słońca nie jest gorące i nie ma wystarczającego ciśnienia, aby zrobić coś cięższego niż żelazo.
A jednak te chemikalia są obfite we wszechświecie. Coś je robi.
Klasyczna historia głosi, że winowajcami są supernowe - eksplozje, które pod koniec życia rozdzierają niektóre gwiazdy. Wybuchy te powinny na krótko osiągnąć energie wystarczająco intensywne, aby stworzyć cięższe elementy. Dominującą teorią tego, jak to się dzieje, są turbulencje. Gdy supernowa wrzuca materiał do wszechświata, zgodnie z teorią, fale wiatrów przechodzą przez jego wiatry, krótko ściskając wyparty materiał gwiezdny z wystarczającą siłą, aby trzaskać nawet odporne na stapianie atomy żelaza na inne atomy i tworzyć cięższe pierwiastki.
Ale nowy model dynamiki płynów sugeruje, że wszystko jest źle.
„Aby zainicjować ten proces, musimy mieć pewien nadmiar energii” - powiedziała autorka badań Snezhana Abarzhi, naukowiec z University of Western Australia w Perth. „Przez wiele lat ludzie wierzyli, że tego rodzaju nadmiar może być spowodowany gwałtownymi, szybkimi procesami, które mogą być zasadniczo procesami burzliwymi” - powiedziała Live Science.
Ale Abarzhi i jej współautorzy opracowali model płynów w supernowej, który sugeruje, że coś innego - coś mniejszego - może się dziać. Zaprezentowali swoje odkrycia na początku tego miesiąca w Bostonie podczas marcowego spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego, a także opublikowali swoje odkrycia 26 listopada 2018 r. W czasopiśmie Proceedings of National Academy of Sciences.
W supernowej materiał gwiezdny wystrzeliwuje z jądra gwiazdy z dużą prędkością. Ale cały ten materiał płynie na zewnątrz z mniej więcej taką samą prędkością. Tak więc względem siebie cząsteczki w tym strumieniu materiału gwiezdnego nie poruszają się tak szybko. Chociaż mogą wystąpić sporadyczne tętnienia lub wiry, nie ma wystarczającej turbulencji, aby utworzyć cząsteczki obok żelaza na układzie okresowym.
Zamiast tego Abarzhi i jej zespół odkryli, że fuzja prawdopodobnie odbywa się w odizolowanych punktach zapalnych w supernowej.
Wyjaśniła, że kiedy gwiazda eksploduje, eksplozja nie jest idealnie symetryczna. Sama gwiazda ma nieregularności gęstości w chwili przed wybuchem, a siły ją rozkładające są również nieco nieregularne.
Nieregularności te powodują powstanie ultracienkich, ultrahotowych obszarów w już gorącym płynie wybuchającej gwiazdy. Zamiast gwałtownych zmarszczek wstrząsających całą masą, ciśnienia i energie supernowej koncentrują się szczególnie w małych częściach eksplodującej masy. Regiony te stają się krótkimi fabrykami chemicznymi potężniejszymi niż wszystko, co istnieje w typowej gwieździe.
I to, jak sugerują Abarzhi i jej zespół, skąd pochodzą wszystkie ciężkie pierwiastki we wszechświecie.
Wielkim zastrzeżeniem jest to, że jest to pojedynczy wynik i jeden papier. Aby się tam dostać, naukowcy polegali na pracy papierkowej, a także na modelach komputerowych, powiedział Abarzhi. Aby potwierdzić lub obalić te wyniki, astronomowie będą musieli porównać je z rzeczywistymi sygnaturami chemicznymi supernowych we wszechświecie - chmurami gazowymi i innymi pozostałościami gwiezdnej eksplozji.
Wygląda jednak na to, że naukowcy są nieco bliżsi zrozumienia, ile materiału wokół nas, w tym w naszych ciałach, powstaje.
