Παραγωγή χρυσού από τις συγκρούσεις άστρων νετρονίων

Posted on 20/09/2011

0


(νεώτερη ενημέρωση 19-7-2013)
Πριν από δυο χρόνια ανακοινώθηκε από ερευνητές του Ινστιτούτου Max Planck και του Ελεύθερου Πανεπιστημίου των Βρυξελλών ένα θεωρητικό μοντέλο, σύμφωνα με το οποίο, κατά την διάρκεια της σύγκρουσης αστέρων νετρονίων παράγονται βαρέα στοιχεία, μεταξύ των οποίων χρυσός και μόλυβδος.
Η επιβεβαίωση αυτού του θεωρητικού μοντέλου έρχεται τώρα από τον Edo Berger και τους συνεργάτες του στο Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), από τις παρατηρήσεις των εκρήξεων ακτίνων γάμα.

Νέα θεωρητικά μοντέλα δείχνουν ότι δημιουργείται χρυσός κατά τη συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων.

Oι συγκρούσεις άστρων νετρονίων παράγουν τα βαρύτερα στοιχεία όπως ο χρυσός ή ο μόλυβδος.
Η βίαιη συγχώνευση άστρων νετρονίων και η εκτόξευση της ύλης που προκαλείται στη συνέχεια δημιουργεί τις ιδανικές συνθήκες για τον σχηματισμό αυτών των στοιχείων. Αυτό έδειξαν λεπτομερείς αριθμητικές προσομοιώσεις επιστημόνων του Ινστιτούτου Max Planck και του Ελεύθερου Πανεπιστημίου των Βρυξελλών .
Τα περισσότερα βαριά στοιχεία δημιουργούνται με διαδοχικές πυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης στο εσωτερικό των άστρων.
Στο εσωτερικό του Ήλιου μας το υδρογόνο «καίγεται» δημιουργώντας πυρήνες ηλίου και απελευθερώνοντας ενέργεια. Στη συνέχεια όταν ο Ήλιος μας θα μετατραπεί σε ερυθρό γίγαντα το ήλιο θα μετατραπεί σε βαρύτερα στοιχεία.
Όμως η διαδικασία αυτή φθάνει μέχρι τον σίδηρο. Περαιτέρω πυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης που θα δημιουργούσαν βαρύτερους πυρήνες, δεν ευνοούνται ενεργειακά στο εσωτερικό των άστρων.
Οι βαρύτεροι πυρήνες μπορούν να δημιουργηθούν με δυο τρόπους: την αργή διαδικασία (s-process) που περιλαμβάνει σύλληψη νετρονίων από βαρείς πυρήνες στο εσωτερικό άστρων που βρίσκονται στα τελευταία στάδια της ζωής τους και περιέχουν περιοχές με μικρή πυκνότητα νετρονίων καθώς επίσης και την γρήγορη διαδικασία (r-process), η οποία πραγματοποιείται όταν έχουμε μεγάλες πυκνότητες νετρονίων.
Οι φυσικοί γνωρίζουν ότι η r-διαδικασία είναι υπεύθυνη για την παραγωγή της μεγαλύτερης ποσότητας στοιχείων πολύ βαρύτερων από τον σίδηρο (πυρήνες με μαζικούς αριθμούς Α> 80), συμπεριλαμβανομένων του χρυσού , του θορίου και του πλουτωνίου. Ωστόσο το ποια αστρικά αντικείμενα μπορούν να φιλοξενήσουν την r-διαδικασία δεν έχει απαντηθεί πλήρως. Η πιο δημοφιλής ιδέα είναι ότι αυτές οι συνθήκες πραγματοποιούνται κατά την διάρκεια της έκρηξης των σουπερνόβα.
Ωστόσο εμφανίζονται και εναλλακτικές προτάσεις.
Η βίαιη συγχώνευση άστρων νετρονίων που αποτελούσαν διπλά συστήματα αποτελεί το εναλλακτικό σενάριο, καθώς τα δύο άστρα συγκρούονται μετά από εκατομμύρια χρόνια σπειροειδούς προσέγγισης του ενός προς στο άλλο.
Οι προσομοιώσεις των αστροφυσικών συμπεριέλαβαν πυρηνικές αντιδράσεις πάνω από 5000 πυρήνων, αποδεικνύοντας ότι μετά την συγχώνευση των δυο άστρων νετρονίων και όταν η θερμοκρασία γίνεται 10 δισεκατομμύρια βαθμοί ένα πλήθος πυρηνικών αντιδράσεων πραγματοποιούνται, συμπεριλαμβάνοντας και ραδιενεργές διασπάσεις, επιτρέποντας την τελική δημιουργία βαρύτερων στοιχείων.
Η αφθονία των βαρύτερων στοιχείων (με μαζικούς αριθμούς Α>140) που δίνουν οι προσομοιώσεις βρίσκεται σε καλή συμφωνία με αυτή που παρατηρείται στο ηλιακό μας σύστημα. Αν συνδυαστούν τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων με τον εκτιμώμενο αριθμό συγκρούσεων αστέρων νετρονίων στον Γαλαξία μας κατά το παρελθόν, προκύπτει ότι τέτοια τα γεγονότα θα μπορούσαν να είναι πράγματι οι πηγές των βαρύτερων στοιχείων του Σύμπαντος.
Η επιβεβαίωση ή όχι αυτού του θεωρητικού μοντέλου θα γίνει από τα τηλεσκόπια των αστρονόμων που ήδη έχουν αρχίσει την αναζήτηση τέτοιων συγκρούσεων άστρων νετρονίων.
physorg.com– iopscience.iop.org
Το βίντεο που ακολουθεί δείχνει την συγχώνευση ενός διπλού συστήματος άστρων νετρονίων

http://youtu.be/HfDDI_SCarw

======>
(προσθήκη 19-7-2013)
Η επιβεβαίωση του παραπάνω θεωρητικού μοντέλου ενισχύεται από τον Edo Berger και τους συνεργάτες του στο Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) του Harvard.

Παρατηρηρώντας τους τελευταίους μήνες μικρής διάρκειας εκλάμψεις ακτίνων γάμα (gamma-ray burst – GRB), που καtά πάσα πιθανότητα προέρχονται από συγκρούσεις αστέρων νετρονίων δείχνουν την παραγωγή σημαντικών ποσοτήτων βαρέων στοιχείων, συμπεριλαμβανομένου και του χρυσού.

«Εκτιμούμε ότι η ποσότητα του χρυσού που παράγεται κατά τη διάρκεια της συγχώνευσης των δύο άστρων νετρονίων μπορεί να είναι τόσο μεγάλη όσο 10 φορές η μάζα της Σελήνης», δήλωσε ο επικεφαλής της έρευνας Εdo Berger.

Ο Berger και οι συνεργάτες του μελέτησαν την έκρηξη ακτίνων γάμα που καταγράφηκε με το όνομα GRB 130603B, η οποία πραγματοποιήθηκε σε απόσταση 3,9 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη – μία από τις πλησιέστερες εκρήξεις που έχουμε δει μέχρι σήμερα.

Η GRB 130603B, εντοπίστηκαε από το δορυφόρο Swift της NASA στις 3 Ιουνίου και διήρκεσε λιγότερο από δύο δέκατα του δευτερολέπτου.

Παρά το γεγονός ότι οι ακτίνες γάμα εξαφανίζονται γρήγορα, στη συνέχεια κυριαρχεί η υπέρυθρη ακτινοβολία. Η μελέτη αυτής της ακτινοβολίας αποδεικνύει την ύπαρξη βαρέων ραδιενεργών στοιχείων, όπως ο χρυσός.
phys.org