- Jaderné štěpení probíhá i ve vesmíru
- Studie se zaměřila na r-procesy
- Objev naznačil možnou tvorbu částic těžších, než je uran během jaderné fúze ve vesmíru
Nejtěžší chemické prvky, klíčové pro pochopení složení vesmíru, se přirozeně formují v procesu zvaném rychlé zachycení neutronů (r-proces), který obvykle probíhá během výjimečných kosmických událostí, jako je například splynutí neutronových hvězd. Výzkumníci z Národní laboratoře v Los Alamos a Státní univerzity v Severní Karolíně přinesli průlomový objev, jenž přesvědčivě potvrzuje, že jaderné štěpení může probíhat i ve vesmíru.
Neutronové hvězdy jsou extrémně husté a malé objekty vznikající po explozi supernovy. Jádro neutronové hvězdy se skládá převážně z neutronů, což jsou subatomární částice bez náboje. Díky extrémní hustotě jsou neutronové hvězdy neuvěřitelně hmotné, přestože jsou velmi malé. Neutronové hvězdy jsou také známy svým silným gravitačním polem. Na jejich povrchu může gravitační síla dosahovat miliardkrát větší hodnoty než na Zemi. Tato vysoká gravitace vytváří podivné jevy, jako je zkreslení času a prostoru, což bylo potvrzeno například pozorováním gravitačního červeného posuvu. Tento objev převrací převládající teorie a otevírá novou kapitolu v našem chápání vzniku těžkých prvků ve vesmíru.
Jaderná fúze ve vesmíru představuje fascinující proces, který se odehrává v jádrech hvězd. Při této reakci dochází ke slučování lehčích atomových jader, obvykle vodíku, za vzniku těžších prvků, jako je například helium. Tento proces probíhá za extrémních teplot a tlaků uvnitř hvězd. Jaderná fúze je základním procesem ve vesmíru. Je zodpovědná za vznik hvězd, supernov a prvků těžších než železo. Jaderná fúze má také potenciál být významným zdrojem energie na Zemi.
Vědci již dlouho předpokládají, že ke štěpení dochází při splynutí neutronových hvězd, což je jedna z nejkatastrofičtějších událostí ve vesmíru. Tato splynutí jsou tak silná, že způsobují vlnění v celé struktuře časoprostoru. Nyní výzkumný tým vedený teoretickým fyzikem Matthewem Mumpowerem odhalil první náznaky jaderného štěpení probíhajícího ve vesmíru, jak naznačují teoretické modely a pozorovací data.
„Lidé si mysleli, že štěpení ve vesmíru probíhá, ale doposud to nikdo nedokázal,“ uvedl Dr. Mumpower v tiskové zprávě.
R-procesy stojí za vznikem těžších prvků ve vesmíru
Studie se zaměřila na proces rychlého záchytu neutronů (r-proces). Co jsou to r-procesy? R-procesy (rapid neutron-capture processes) představují jednu z důležitých jaderných reakcí ve vesmíru, která je odpovědná za tvorbu těžších prvků než železo. Tyto procesy probíhají během katastrofických událostí, jako jsou srážky neutronových hvězd nebo supernovy. Základní myšlenkou r-procesů je rychlé zachytávání neutronů atomovými jádry.
Během supernovy nebo srážky neutronových hvězd je prostředí vysoce bohaté na neutrony. Tyto volné neutrony mají schopnost rychle pronikat do atomových jader různých prvků. Při rychlém a masivním zachytávání neutronů může docházet k tvorbě mnoha nových izotopů, které jsou poté zodpovědné za vznik těžších prvků.
V průběhu r-procesů jsou neutrony absorbovány atomovými jádry a vytvářejí tak neutronem bohatá jádra, která následně podstupují beta rozpad, přeměňují se na protony a tím dochází ke vzniku nových prvků. Tento proces probíhá velmi rychle a vytváří široké spektrum izotopů, včetně těch, které jsou mnohem těžší než železo. R-procesy jsou klíčovým mechanismem pro formování a obohacování vesmírné hmoty o těžké prvky. Tyto prvky, které jsou důležité pro vznik planet, slouží jako stavební bloky pro tvorbu nových hvězd a planetárních systémů ve vesmíru.
Právě na studium r-procesů se zaměřila tato studie. Výzkumný tým analyzoval množství prvků ve 42 hvězdách obohacených o materiály z r-procesu a rozložení prvků, jako je ruthenium, rhodium, palladium a stříbro. Cílem této analýzy bylo identifikovat korelované přebytky v rozložení prvků, které slouží jako klíčové indikátory procesů probíhajících při splynutí neutronových hvězd.
Korelované přebytky, pozorované v množství určitých prvků, poskytují cenné informace o specifických mechanismech a interakcích při slučování neutronových hvězd a nabízejí jedinečný pohled na vznik těžkých prvků ve vesmíru. Jako klíčové vodítko posloužila pozorovaná korelace mezi lehkými přesnými kovy a jádry vzácných zemin. Tento korelační vzorec nejen potvrdil dřívější předpovědi týmu, ale také poukázal na zapojení jaderného štěpení.
Pečlivé porovnání předpovězených a pozorovaných korelací v této kolekci hvězd poskytlo přesvědčivé důkazy, že k množství prvků přispívají štěpné fragmenty transuranových jader, což ukazuje jasnou signaturu r-procesu. „Jediný pravděpodobný způsob, jak to může vznikat mezi různými hvězdami, je, že při vzniku těžkých prvků funguje konzistentní proces,“ řekl Dr. Mumpower.
Za hranice periodické tabulky
Atomová jádra zachycují neutrony v procesu rychlého záchytu neutronů (r-proces), čímž vznikají těžší prvky. Některá mohou být příliš těžká, což hrozí nestabilitou a vyvolá štěpení nebo štěpení, jehož výsledkem jsou dva atomy lehčích, ale stále podstatných prvků. Výzkumníci také použili modely štěpení vyvinuté v Los Alamos k porovnání s naměřenými údaji. Zjistili, že mezi nimi panuje výborná shoda, což jejich zjištěním dodává na věrohodnosti.
Objev nejen potvrdil dlouholetá podezření, ale také naznačil možnou existenci prvků s atomovou hmotností přesahující 260 u. Tento objev zpochybňuje stávající modely vzniku těžkých prvků a rozšiřuje naše znalosti o horních hranicích periodické tabulky prvků. To naznačuje, že ve vesmíru mohou existovat prvky, které jsou ještě těžší než uran, který je nejtěžším prvkem, jenž se vyskytuje přirozeně na Zemi.
Josef Novák
Další dnešní články
