Magyar kutatók segítéségével jutottak közelebb ahhoz, hogyan keletkeztek a periódusos rendszer nehéz elemei

Egy nemzetközi tudósokból álló kutatócsoport az ELKH Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet egyik munkatársa, Benoit Côté vezetésével azt vizsgálja, hogy 4,6 milliárd évvel ezelőtt milyen körülmények között keletkezett a Naprendszer. Legújabb felfedezésüket az egyik legrangosabb nemzetközi tudományos folyóiratban, a Science-ben publikálták, Côté mellett az intézet több magyar kutatója is részt vett a munkában.

A csillagászokat évtizedek óta foglalkoztatja, hogy milyen esemény hozza létre az univerzum legnehezebb elemeit, mint például a jódot, a platinát, az uránt, és az aranyat. Azt tudjuk, hogy ez egy ún. gyors neutronbefogódással járó folyamat, röviden r-folyamat. Idáig úgy vélték, hogy az r-folyamat vagy két neutroncsillag, vagy egy neutroncsillag és egy fekete lyuk ütközéséhez, vagy pedig egy ritka szupernóva robbanáshoz köthető, ami különleges típusú, nagy tömegű csillagok fejlődésének végén következik be – írják a kutatók közleményükben.

Az r-folyamat során képződő atommagok közül néhány radioaktív, és évek millióinak kell eltelnie ahhoz, hogy stabil atommagokká alakuljanak át. A jód-129 és a kűrium-247 pont ilyen izotópok, melyek Naprendszerünk kialakulásakor a meteoritok anyagába kerültek. E két atommagnak van egy közös és igen jelentős tulajdonsága: majdnem ugyanolyan a felezési idejük. Ez azt jelenti, hogy a jód-129 és a kűrium-247 aránya nem változott a több milliárd évvel ezelőtti képződésük óta. „A kezdeti jód-129 és kűrium-247 arány befagyott az idő múlásával, fosszíliaként megőrződött, és ennek segítségével közvetlenül vizsgálhatjuk azt a legutolsó csillagászati eseményt, ami nehéz elemeket szállított a Naprendszerünket kialakító anyaghoz” – fogalmaz a közleményben Benoit Côté, a kutatás vezetője, és a Csillagászati Intézet munkatársa.

A kutatók megvizsgálták, hogy a neutroncsillagok, illetve neutroncsillag és fekete lyukak ütközése során milyen arányban képződik a jód-129 és a kűrium-247, és a számításokból kapott eredményeket összehasonlították a meteoritokban mérhető értékekkel. Arra a következtetésre jutottak, hogy a Naprendszer születése előtti utolsó r-folyamat nem játszódhatott le túlságosan nagy neutronsűrűségű közegben, mert akkor jóval több kűrium képződött volna a jódhoz képest. Ez azt is jelenti, hogy a nagyon nagy neutronsűrűséggel járó folyamatok – mint például amikor két neutroncsillag nagy energiájú ütközésekor az anyag kiszakad a neutroncsillag felszínéről – nem játszhattak fontos szerepet. Ellenben egy közepes neutronsűrűségű környezet, mint például a két összeolvadó csillag körül formálódó diszkből kilökődő anyag, már jó egyezést mutat a meteoritokban mért adatokkal.

Mivel az anyagképződés, vagyis a nukleoszintézis jóslata sok bizonytalan nukleáris tulajdonságon és csillagfolyamaton alapszik, a válasz arra, hogy egészen pontosan mi volt az az utolsó csillagászati objektum ami nehéz elemeket szállított a Naprendszerbe, még mindig bizonytalan.

„De az a felismerés, hogy az a jód-129 és a kűrium-247 arányával közvetlenül vizsgálhatjuk a nehéz elemek képződésének körülményeit, az önmagában egy nagyszerű eredmény” – foglamazott Maria Lugaro, a budapesti kutatócsoport vezetője. Végső soron, a neutroncsillag ütközések és a csillagrobbanások jövőbeli szimulációi, illetve a nukleáris tulajdonságok kísérleti vizsgálatai igazolhatják eredményeinket, és tovább pontosíthatják Naprendszerünk és ezen belül Földünk nehéz elemeinek eredetét.