Sterren moeten bij het aanbreken van de tijd in staat zijn geweest om elementen te creëren die veel zwaarder waren dan alles wat van nature op aarde te vinden is, of überhaupt in het wijdere universum.
Dat is de conclusie van een team van astronomen onder leiding van Ian Roederer van de Universiteit van Michigan na onderzoek van 42 sterren in de Melkweg, waarvan de chemische overvloed alleen kan worden verklaard door de productie in het verleden van elementen met een atoommassa groter dan 260.
De meeste elementen in het universum – bijna alles wat zwaarder is dan waterstof – zijn gemaakt door sterren. De eerste manier waarop ze zijn ontstaan, is door fusie. In het hart van een ster bevindt zich een motor die atomen samensmelt tot zwaardere elementen.
Het zwaarste element dat dit proces kan produceren is ijzer. Het samensmelten van ijzer in zwaardere elementen vergt veel meer energie dan het oplevert, waarna de ster zichzelf vernietigt
Er is nog een andere methode die verband houdt met deze zelfvernietiging. Bij supernova-explosies, wanneer een ster sterft, en bij kilonova-explosies, waarbij twee neutronensterren met elkaar botsen, zijn de omstandigheden precies goed voor snelle neutronenvangst, oftewel r-proces.
Dit gebeurt wanneer er zoveel losse neutronen rondzweven dat ze op de beschikbare kernen vallen en een zwaarder element vormen. Er is een zeer energetische omgeving voor nodig om dit te laten gebeuren, zoals een supernova.
Het gebeurt ook heel snel – vandaar het “snelle” deel van de naam. Dit is zeker het proces dat elementen als goud, platina, thorium en uranium produceert. Maar er is nog steeds veel dat we niet weten over hoe items worden gemaakt.
border-frame=”0″ allow=”accelerometer; autoplay; schrijven naar klembord; gecodeerde media; gyroscoop; picture-in-picture; web-sharing”allowfullscreen>
“We hebben een algemeen idee van hoe het r-proces werkt, maar de procesomstandigheden zijn zeer extreem.” Roeder legt het uit.
“We hebben geen goed idee hoeveel verschillende soorten locaties in het universum een r-proces kunnen genereren, we weten niet hoe een r-proces eindigt, en we kunnen geen antwoord geven op vragen als: Hoeveel neutronen kunnen je voegt toe?
“Of hoe zwaar is het element? Daarom besloten we te kijken welke elementen zouden kunnen ontstaan door kernsplijting in een aantal goed bestudeerde oude sterren, om te zien of we een aantal van deze vragen konden beantwoorden.”
De andere manier waarop we weten dat elementen kunnen worden gevormd, is door kernsplijting. Dit gebeurt wanneer een atoom in stukken splitst, in plaats van samen te smelten, en het resultaat is een minder massief element.
De chemische samenstelling van de 42 sterren in de Melkweg waar Roeder en zijn team naar keken, zijn goed bestudeerd.
De eerste sterren in het heelal bestonden grotendeels uit waterstof. Ze creëerden elementen in hun hart, stierven en cultiveerden de omringende ruimte met elementen die door volgende generaties sterren werden geconsumeerd.
Het is bekend dat de door het team bestudeerde sterren elementen bevatten die worden geproduceerd door het r-proces tijdens supernova-explosies.
Maar de onderzoekers zochten niet naar elementen van het r-proces. Ze zochten naar elementen die splijtingsproducten zouden kunnen zijn, zoals ruthenium, rhodium, palladium en zilver. In plaats van de sterren individueel te bekijken, zoals meestal het geval is, onderzochten de onderzoekers ze als groep.
Ze hebben een patroon gevonden. Er zou worden verwacht dat bepaalde andere elementen in bepaalde hoeveelheden aanwezig zouden zijn als de mineralen waar het team naar keek, geproduceerd waren via het r-proces. Deze percentages bestonden niet. Het team concludeerde dat dit erop duidde dat de elementen in kwestie door splijting waren geproduceerd.
Dit betekent dat de vroege sterren waar deze metalen vandaan kwamen veel zwaardere elementen moeten hebben geproduceerd, groter dan de atoommassa van 260, die zich later splitsten om lichtere, stabielere elementen te vormen.
We hebben deze elementen nog nooit ergens in de natuur waargenomen. We hebben het in het laboratorium gezien, maar de halfwaardetijd is zo kort dat het vrijwel onmiddellijk wordt afgebroken.
Uit het onderzoek blijkt echter dat het zoeken naar potentiële splijtingsproducten ons kan vertellen hoe waarschijnlijk of gebruikelijk de vorming ervan is in het bredere universum.
“260 is interessant omdat we nog nooit eerder iets zwaars in de ruimte of natuurlijk op aarde hebben gedetecteerd, zelfs niet bij kernwapentests.” zegt Roeder.
“Maar als we ze in de ruimte zien, krijgen we richtlijnen over hoe we moeten nadenken over patronen en splijting – en kunnen we inzicht krijgen in hoe de rijke diversiteit aan elementen ontstaat.”
Het onderzoek is gepubliceerd in Wetenschappen.
‘Webgeek. Wannabe-denker. Lezer. Freelance reisevangelist. Liefhebber van popcultuur. Gecertificeerde muziekwetenschapper.’
