Oude sterren konden elementen met atoommassa groter dan 260 maken
Het rapid neutron capture process, oftewel het r-process, vindt plaats in neutronenrijke omgevingen zoals fusies van neutronensterren of bepaalde soorten supernova’s. Aangenomen wordt dat dit proces veel van de chemische elementen produceert die zwaarder zijn dan ijzer. Maar de details worden nog slecht begrepen en kunnen niet in een laboratorium worden bestudeerd. In nieuw onderzoek analyseerden theoretisch natuurkundige Mattthew Mumpower van het Los Alamos National Laboratory en zijn collega’s de abundantie aan r-process-elementen die eerder in sterren werden waargenomen. Ze identificeerden gecorreleerde overtollige abundanties van bepaalde elementen in sommige sterren, wat consistent is met het feit dat deze elementen splijtingsproducten zijn van nog zwaardere elementen. Deze resultaten geven aan dat sommige r-process-gebeurtenissen elementen maken die zwaarder zijn dan uranium en die vervolgens vervallen tot de elementen die in sterren worden waargenomen.
Volgens Dr. Mumpower werd altijd gedacht dat er kernsplijting in het heelal plaatsvindt maar tot nu toe heeft niemand dit kunnen bewijzen. Met behulp van de nieuwste waarnemingen hebben de onderzoekers een verband gevonden tussen lichte edelmetalen zoals zilver en zeldzame aardmetalen zoals europium.
Wanneer een van deze groepen elementen stijgt, nemen de overeenkomstige elementen in de andere groep ook toe – de correlatie is positief.
Astrofysici hebben lang geloofd dat zware elementen buiten ijzer werden gevormd in stellaire explosies die supernova worden genoemd of wanneer twee neutronensterren samensmelten.
Zoals de naam al aangeeft, bestaan deze laatste grotendeels uit neutronen, die samen met protonen de kernen van alle atomen vormen.
Via het r-process grijpen atoomkernen neutronen om zwaardere elementen te vormen. Of sommige te zwaar worden om bij elkaar te blijven en te splijten, waarbij twee atomen van lichtere maar nog steeds zware elementen ontstaan (en enorm veel energie vrijkomt) is al een halve eeuw een mysterie gebleven.
In 2020 voorspelden Dr. Mumpower en coauteurs voor het eerst de verdeling van splijtingsfragmenten voor r-process-kernen. Een daaropvolgende studie voorspelde de coproductie van lichte edelmetalen en zeldzame aardmetalen.
Deze coproductie van elementen zoals ruthenium, rhodium, palladium en zilver, en elementen zoals europium, gadolinium, dysprosium en holmium, kan worden getest door de voorspelling te vergelijken met de elementaire abundantie in een verzameling sterren.
In het nieuwe onderzoek hebben de auteurs waarneemgegevens van 42 sterren doorzocht en precies de voorspelde correlatie gevonden.
Het patroon geeft een duidelijke signatuur van kernsplijting weer, waardoor deze elementen ontstaan, evenals een soortgelijk patroon van elementen die iets zwaarder en hoge rop het periodiek systeem staan.
De resultaten geven ook aan dat er elementen met een atoommassa van 260 – zwaarder dan die aan de bovenkant van het periodiek systeem – kunnen bestaan.
“De correlatie is zeer robuust bij sterren met r-process-verbetering waarvoor we over voldoende gegevens beschikken”, aldus Dr. Mumpower.
“Elke keer dat de natuur een zilveratoom produceert, produceert ze in verhouding ook zwaardere zeldzame aardelementen. De samenstelling van deze elementgroepen verloopt in lock-step.”
“We hebben aangetoond dat slechts één mechanisme verantwoordelijk kan zijn – kernsplijting – en mensen hebben zich hierover sinds de jaren ’50 de hersenen gepijnigd.”
Het artikel van het team is verschenen in het tijdschrift Science.
Artikel: Ian U. Roederer et al. 2023. Element abundance patterns in stars indicate fission of nuclei heavier than uranium. Science 382 (6675): 1177-1180; doi: 10.1126/science.adf1341
Eerste publicatie: 12 december 2023
Bron: sci-news
