Astronomisch Nieuws

Er is teveel goud in het heelal en niemand weet waar het vandaan komt

Botsende neutronensterren produceren goud
Deze illustratie toont de botsing van twee neutronensterren. Astronomen hadden geopperd dat dergelijke botsingen verantwoordelijk zijn voor het goud dat we zien maar nieuw onderzoek trekt dit sterk in twijfel. Credit : NASA/Swift/Dana Berry

Iets regent goud in het heelal maar niemand die weet waar het precies allemaal vandaan komt.

Dit is het probleem: Goud is een element en dat betekent dat je het niet met behulp van normale chemische reacties kan maken. Uiteraard hebben alchemisten dat eeuwenlang geprobeerd.  Om dit glanzende metaal te maken moet je 79 protonen en 118 neutronen samenpersen in een enkele atoomkern. Dat is een intense kernfusiereactie. Maar zo’n intense fusie komt niet vaak genoeg voor, althans niet in de buurt, om de gigantische hoeveelheid goud te maken die we op Aarde en elders in het zonnestelsel vinden. Een nieuwe studie heeft aangetoond dat de meest algemeen theoretische oorsprong van goud, botsingen tussen neutronensterren, ook de overvloed van goud niet kan verklaren. Dus waar komt al dat goud vandaan? Er zijn nog andere mogelijkheden, waaronder supernova’s die zo intens zijn dat ze een ster binnenstebuiten keren. Helaas kunnen zelfs zulke vreemde verschijnselen niet verklaren hoe schitterend het plaatselijke heelal is, aldus de nieuwe studie.

Botsingen van neutronensterren maken goud door protonen en neutronen samen te persen in atoomkernen en vervolgens die nieuw gemaakte kernen door de ruimte te spuwen. Normale supernova’s kunnen het goud van het heelal niet verklaren omdat sterren die zwaar genoeg zijn om goud te maken voordat ze sterven, en die sterren zijn zeldzaam, zwarte gaten worden wanneer ze exploderen. In een gewone supernova zal dat gemaakte goud in het zwarte gat worden gezogen.

Hoe zit het met die vreemdere supernova’s? Dit type sterexplosie, een zogenoemde “magnetische rotatiesupernova”, is een erg zeldzame supernova die erg snel ronddraait.

Tijdens een magnetische rotatiesupernova draait de stervend ester zo snel en wordt hij geteisterd door zulke sterke magnetische velden dat hij zichzelf binnenste buiten keert terwijl hij explodeert. Terwijl de ster sterft schiet de ster witgloeiende materiestromen de ruimte in. En omdat de ster binnenstebuiten is gekeerd zitten de jets boordevol goudatomen. Sterren die überhaupt goud kunnen maken zijn zeldzaam. Sterren die goud maken en het op deze manier de ruimte in spuwen zijn nog zeldzamer.

Maar zelfs neutronensterren plus magnetische rotatiesupernova’s samen kunnen de enorme hoeveelheid goud op Aarde niet verklaren.

Volgens de onderzoekers heeft de vraag twee stappen. Nummer 1 is: fusies van neutronensterren zijn niet genoeg. Nummer 2: zelfs met de tweede bron kunnen we de waargenomen hoeveelheid goud nog steeds niet verklaren.

Eerdere studies hadden gelijk dat botsingen met neutronensterren leiden tot het vrijkomen van veel goud. Maar die onderzoeken hielden geen rekening met de zeldzaamheid van dit verschijnsel. Het is moeilijk in te schatten hoe vaak kleine neutronensterren, zelf de ultradichte overblijfselen van supernova’s, botsen. Maar het komt zeker niet vaak voor: wetenschappers hebben het slechts één keer zien gebeuren. Zelfs ruwe schattingen laten zien dat ze bijna niet vaak genoeg met elkaar in botsing komen om al het goud te produceren dat we in ons zonnestelsel vinden.

Het is niet het eerste artikel dat suggereert dat botsingen van neutronensterren onvoldoende zijn om de hoeveelheid goud te verklaren maar het is wel een van de meest gedegen artikelen met  referenties naar 341 andere artikelen. Bovendien hebben de onderzoekers een enorme berg gegevens doorgeploegd en omgezet in een robuust model van hu ons sterrenstelsel evolueert en nieuwe chemische stoffen produceert.

Met behulp van deze benadering waren de auteurs in staat de vorming van atomen zo licht als koolstof (6 protonen en 6 neutronen) en zo zwaar als uranium (92 protonen en 146 neutronen) te verklaren.

Bij botsingen van neutronensterren komt strontium vrij zeggen de modellen en dat komt overeen met waarnemingen van strontium in de ruimte na de botsing van een neutronenster die wetenschappers rechtstreeks hebben waargenomen.

Magnetische rotatiesupernova’s verklaarden de aanwezigheid van europium in hun model. Dit is een ander atoom dat in het verleden lastig was te verklaren.

Maar goud blijft een raadsel …

Volgens de onderzoekers is er iets in de ruimte dat al dit goud produceert maar astronomen hebben geen idee. Of het is dat botsingen van neutronensterren vele meer goud produceren dan de bestaande modellen aangeven. Hoe dan ook hebben astrofysici nog een heleboel werk te verzetten alvorens ze kunnen verklaren waar al dat glanzende metaal vandaan is gekomen.

Het artikel van Kobayashi en haar collega’s is op 15 september 2020 verschenen in het tijdschrift The Astrophysical Journal.

Eerste publicatie: 12 oktober 2020
Bron: diverse persberichten