2011.09.20. - Koz­mi­kus al­kí­mia - arany­csi­ná­lás nagy té­tel­ben

Rész­le­tes nu­me­ri­kus szi­mu­lá­ci­ók sze­rint az olyan ne­héz ele­mek, mint pél­dá­ul az arany vagy az ólom nem szu­per­nó­va-rob­ba­ná­sok köz­ben, ha­nem ne­ut­ron­csil­la­gok össze­ol­va­dá­sa so­rán jö­het­nek lét­re.

A ne­héz ele­mek több­sé­ge a csil­la­gok­ban zaj­ló nuk­le­á­ris fú­zi­ók ered­mé­nye­ként jön lét­re. A Nap­ban egy­elő­re a hid­ro­gén fú­zi­ó­ja fo­lyik, ezen fo­lya­mat­ban je­len­tős ener­gia­fel­sza­ba­du­lás kí­sé­re­té­ben hé­li­um ke­let­ke­zik. A na­gyobb tö­me­gű csil­la­gok­ban, amint a hid­ro­gén mennyi­sé­ge egy bi­zo­nyos szint alá csök­ken, a mag­ban be­iin­dul a hé­li­um fú­zi­ó­ja is, mely­nek ered­mé­nye­ként szén jön lét­re. Az egy­re ne­he­zebb ele­mek be­gyul­la­dá­sá­val a csil­lag­ko­hók­ban egé­szen a va­sig ala­kul­hat­nak ki a pe­ri­ó­du­sos rend­szer tag­jai. Mi­vel a vas­ban a leg­na­gyobb (ab­szo­lút ér­ték­ben) az egy nuk­le­on­ra eső kö­té­si ener­gia, a to­váb­bi fú­zió már nem jár net­tó ener­gia­fel­sza­ba­du­lás­sal, így a vas­nál is ne­he­zebb ele­mek­nek va­la­mi­lyen más fo­lya­mat so­rán kell lét­re­jön­ni­ük. Hans-Tho­mas Jan­ka (Max Planck Ins­ti­tu­te for Ast­rophy­sics) sze­rint a ne­héz ele­mek kö­rül­be­lül fe­lé­nek a ki­ala­ku­lá­si mód­ja ré­gi prob­lé­ma. A leg­nép­sze­rűbb ma­gya­rá­zat az volt, és ta­lán még ma is az, hogy ezek a nagy­tö­me­gű csil­la­gok éle­té­nek vé­gén be­kö­vet­ke­ző szu­per­nó­va-rob­ba­ná­sok so­rán fel­lé­pő kü­lön­le­ges fi­zi­kai kö­rül­mé­nyek kö­zött vég­be­me­nő fo­lya­ma­tok ered­mé­nyei. Jan­ka sze­rint azon­ban az újabb mo­del­lek nem tá­maszt­ják alá ezt az el­kép­ze­lést.

A ne­he­zebb ele­mek ne­ut­ron­be­fo­gás­sal já­ró fo­lya­mat so­rán jön­nek lét­re. Ez két­fé­le­kép­pen me­het vég­be: az egyik le­he­tő­ség a las­sú (s-fo­lya­mat), a má­sik pe­dig a gyors ne­ut­ro­nok be­fo­gá­sa (r-fo­lya­mat), ezek ka­rak­te­risz­ti­kus ide­je azon­ban függ a re­ak­ció kö­rül­mé­nye­i­től. Az s-fo­lya­mat fő­leg ala­csony ne­ut­ron­sű­rű­ség mel­lett kö­vet­ke­zik be, jel­lem­ző­en a fej­lő­dé­sük vég­ső fá­zi­sa­i­ban lé­vő csil­la­gok bel­se­jé­ben, míg az r-fo­lya­mat nagy ne­ut­ron­sű­rű­ség ese­tén ját­szik fon­tos sze­re­pet, ez fe­le­lős a vas­nál ne­he­zebb ele­mek nagy ré­szé­nek lét­re­jöt­té­ért.

Ne­ut­ron­csil­la­gok össze­ol­va­dá­si fo­lya­ma­tá­nak szá­mí­tó­gé­pes szi­mu­lá­ci­ó­ja. A mo­dell sze­rint a ne­héz ele­mek az össze­ol­va­dás kö­vet­kez­té­ben ki­do­bó­dott ki­sebb mennyi­sé­gű for­ró anyag­ban, an­nak le­hű­lé­se köz­ben jön­nek lét­re.
[Max Planck Ins­ti­tu­te for Ast­rophy­sics]

Az MPIA és a Free Uni­ver­sity of Brus­sels ku­ta­tói rész­le­tes szá­mí­tó­gé­pes szi­mu­lá­ci­ók se­gít­sé­gé­vel vizs­gál­ták két, ket­tős rend­szert al­ko­tó ne­ut­ron­csil­lag össze­ol­va­dá­sá­nak fo­lya­ma­tát, mely­nek so­rán ki­ala­kul­hat az r-fo­lya­mat­hoz szük­sé­ges nagy ne­ut­ron­sű­rű­ség. And­re­as Baus­we­in (MPIA) sze­rint a szi­mu­lá­ci­ók alap­ján né­hány má­sod­perc­cel az össze­ol­va­dás után az ár­apály­erők és a nyo­más né­hány ju­pi­ter­tö­meg­nyi na­gyon for­ró anya­got dob­nak ki a rend­szer­ből. Amint ez a plaz­ma­sze­rű anyag 10 mil­li­árd fok alá hűl, ne­héz ele­me­ket ered­mé­nye­ző nuk­le­á­ris re­ak­ci­ók in­dul­nak be ben­ne. Step­ha­ne Go­ri­ely sze­rint ezek kü­lön­bö­ző, szu­per­ne­héz ele­mek ha­sa­dá­sát is ma­guk­ban fog­la­ló re­ak­ció­lán­cok­ban több­ször is "re­cik­lá­lód­nak", így a vég­ső elem­gya­ko­ri­ság-el­osz­lás nagy­mér­ték­ben füg­get­len lesz az össze­ol­va­dá­si mo­dell ki­in­du­lá­si fel­té­te­le­i­től.

A szá­mí­tá­sok azt jel­zik, hogy a ne­héz ele­mek gya­ko­ri­sá­gi el­osz­lá­sa na­gyon ha­son­ló lesz a Nap­rend­szer­ben meg­fi­gyelt­hez. Ezt kom­bi­nál­va a Tej­út­rend­szer­ben a múlt­ban be­kö­vet­ke­zett ne­ut­ron­csil­lag-össze­ol­va­dá­sok be­csült szá­má­val, az ered­mény azt tá­maszt­ja alá, hogy va­ló­ban ilyen ese­mé­nyek le­het­nek az Uni­ver­zum ne­héz­elem tar­tal­má­nak fő for­rá­sai. A ku­ta­tó­cso­port most a mo­dell fi­no­mí­tá­sán dol­go­zik. Meg­fi­gye­lé­si ol­dal­ról a leg­fon­to­sabb moz­za­nat az em­lí­tett ra­dio­ak­tív anyag ki­do­bó­dá­sá­nak ész­le­lé­se len­ne egy össze­ol­va­dá­si fo­lya­mat so­rán.

Az ered­mé­nye­ket rész­le­te­ző szak­cikk az Ast­rophy­si­cal Jour­nal c. fo­lyó­irat­ban je­lent meg.

For­rás:

• Ast­ro­nomy Now On­line 2011.09.14.