Výbuchy veľmi hmotných hviezd môžu produkovať vzácne prvky, ktoré pozorujeme vo hviezdach chudobných na kovy. A teraz konečne vieme, odkiaľ pochádza zlato! oznamovali titulky v roku 2017 po detekcii gravitačných vĺn zo zrážky dvoch neutrónových hviezd označenej ako jav GW170817. Vieme to však určite?
Recept na vytvorenie prvkov ťažších než železo znie jednoducho: bombardujte ľahšie jadro neutrónmi a sledujte, ako rastie. Je tu však háčik: aby vznikli prvky, ako sú zlato, platina a urán, jadro musí rásť skutočne rýchlo, inak sa rozpadne na ľahšie prvky skôr, než sa stane stabilným. Týmto rýchlym procesom vzniká asi polovica všetkých prvkov ťažších než železo.
R-proces
Pôvod tohto procesu označovaného v astronómii ako r-proces bol dlho predmetom diskusií. Náhodný prípad pozorovania splynutí neutrónových hviezd označený GW170817 umožnil krok vpred. Krátko žijúce viditeľné svetlo a infračervené žiarenie sprevádzajúce úkaz prinieslo známky vzniku prvkov pomocou r-procesu. Hoci v dátach bolo identifikované len stroncium, vedci zistili, že jav vyprodukoval aj zlato v množstve medzi 3 až 13 hmotnosťami Zeme. Aj keď nie je pochybnosť o tom, že neutrónová hviezda produkuje prvky r-procesom, treba ešte zistiť, aké sú tieto javy dôležité v kontexte veľkej schémy vzniku prvkov.
V nedávnej štúdii v The Astrophysical Journal vedci objasňujú, že by sme z tohto procesu ešte nemali vylučovať ani násilnú smrť hmotných hviezd – výbuchy supernov. So splývaním neutrónových hviezd ako zdrojom ťažkých prvkov v ranom vesmíre je množstvo problémov, vysvetľuje vedúca štúdie Kaley Brauerová (Massachusetts Institute of Technology).
Jedna otázka sa týka hviezd, ktoré sú rozptýlené v okolí špirálového disku našej Galaxie a vznikli v dávnej dobe z takmer pôvodného plynu, ktorý bol len málo ovplyvnený predchádzajúcimi generáciami hviezd. Napriek tomu majú v atmosférach relatívne veľké množstvo prvkov vytvorených v r-procese. Ako sa dostali do plynu, z ktorého vznikli tieto hviezdy? Obyčajne trvá miliardy rokov, kým v dvojhviezdnom systéme vzniknú dve neutrónové hviezdy, ktoré sa k sebe približujú po špirále, až nakoniec splynú.
Kolaps hviezd
Kolaps hmotnej hviezdy by tiež mohol vytvoriť podmienky na vznik prvkov r-procesom, ale v kratších časoch než v prípade splynutia neutrónových hviezd. K. Brauerová a jej kolegovia otestovali, či by z tohto scenára vyplývalo zastúpenie prvkov z r-procesu, najmä európia pozorovaného vo hviezdach chudobných na kovy. Skonštruovali počítačový model galaxie v podobe plynovej gule, v ktorej kolabujú hviezdy. Každá explózia obohacuje plyn kovmi, ako je železo, a niektoré zo supernov tiež produkujú prvky z r-procesu. Model úspešne reprodukuje zastúpenie európia a železa vo hviezdach chudobných na kovy. Otázka je, koľko supernov musí vybuchnúť, aby nastalo pozorované zastúpenie prvkov vzniknutých v rámci r-procesu.
Vedci objavili frekvencie výbuchov, ktoré sú podobné frekvenciám vzniku tzv. dlhých gama zábleskov, povedal Darach Watson (University of Copenhagen). Tie sú spájané s výbuchmi obrích hviezd. Nie každá supernova by teda mala produkovať prvky z r-procesu, ale len tie najextrémnejšie. Na definitívne závery je však ešte zavčasu. Tím sa v tomto modelovaní venoval len jednému chemickému prvku, a to európiu, ale bolo by tiež možné použiť napríklad bárium, dodal D. Watson. Bárium je vo hviezdach chudobných na kovy relatívne ľahko detegovateľné. D. Watson upozorňuje aj na často prehliadané dôkazy: nanodiamanty. Niektoré zo submikrónových diamantov nájdených v meteoritoch obsahujú stopy prvkov vzniknutých v r-procese. Odkiaľ sa vzali? pýta sa Watson. Pravdepodobne zo supernovy, ale kto vie? Zdá sa, že k zastúpeniu zlata a príbuzných prvkov vo vesmíre prispieva viac než jeden kozmický zdroj.
RNDr. Zdeněk Komárek
