De stellaire explosies kunnen niet de belangrijkste bron zijn voor zware elementen, suggereren nieuwe gegevens
Van supernova’s zoals degene die de Krabnevel (foto) vormde, werd lang gedacht dat ze zware elementen smeden. Maar een nieuwe studie suggereert dat het grootste deel van die elementen uit andere bronnen moet komen.
Een paar plutoniumatomen ingebed in de aardkorst helpen om de oorsprong van de zwaarste elementen van de natuur te achterhalen.
Wetenschappers hadden lang vermoed dat elementen zoals goud, zilver en plutonium ontstaan ​​tijdens supernova’s, wanneer sterren exploderen. Maar typische supernova’s kunnen de hoeveelheid zware elementen in onze kosmische omgeving niet verklaren, suggereert een nieuwe studie. Dat betekent andere rampzalige gebeurtenissen moeten een grote bijdrage hebben geleverd, rapporteren natuurkundige Anton Wallner en collega’s in de 14 mei Wetenschap.
Het resultaat versterkt een recente verandering van hart onder astrofysici. Standaard supernova’s zijn uit de gratie geraakt. In plaats daarvan denken onderzoekers dat de kans groter is dat zware elementen worden gesmeed bij botsingen van twee dichte, dode sterren die neutronensterren worden genoemd, of bij bepaalde zeldzame soorten supernova’s, zoals die welke ontstaan ​​uit snel draaiende sterren (SN: 5/8/19).
Zware elementen kunnen worden geproduceerd via een reeks reacties waarin atoomkernen steeds groter worden terwijl ze snel neutronen opslokken. Deze reeks reacties staat bekend als het r-proces, waarbij “r” staat voor snel. Maar, zegt Wallner van de Australian National University in Canberra, “we weten niet zeker waar de site voor het r-proces is.” Het is alsof je de uitnodigingslijst hebt voor een bijeenkomst, maar niet de locatie, zodat je weet wie er is zonder te weten waar het feest is.
Wetenschappers dachten dat ze hun antwoord hadden nadat een botsing met neutronensterren werd betrapt op het produceren van zware elementen in 2017 (SN: 16-10-17). Maar zware elementen komen voor in zeer oude sterren, die te vroeg zijn gevormd voor neutronensterren om de tijd te hebben gehad om te botsen. “We weten dat er iets anders moet zijn”, zegt theoretisch astrofysicus Almudena Arcones van de Technische Universiteit van Darmstadt, Duitsland, die niet betrokken was bij de nieuwe studie.
Als er onlangs in de buurt een gebeurtenis met een r-proces had plaatsgevonden, zouden sommige van de gecreëerde elementen op aarde kunnen zijn geland en vingerafdrukken in de aardkorst hebben achtergelaten. Beginnend met een monster van 410 gram van de korst van de Stille Oceaan, gebruikten Wallner en collega’s een deeltjesversneller om atomen te scheiden en te tellen. Binnen een deel van het monster zochten de wetenschappers naar een verscheidenheid aan plutonium, plutonium-244 genaamd, dat wordt geproduceerd door het r-proces. Omdat in het r-proces altijd zware elementen in bepaalde verhoudingen samen worden geproduceerd, kan plutonium-244 dienen als proxy voor andere zware elementen. Het team vond ongeveer 180 plutonium-244-atomen, die in de afgelopen 9 miljoen jaar in de korst waren afgezet.
Onderzoekers vergeleken het aantal plutonium met atomen waarvan de bron bekend was. IJzer-60 komt vrij door supernova’s, maar wordt gevormd door fusiereacties in de ster, niet als onderdeel van het r-proces. In een ander, kleiner deel van het monster detecteerde het team ongeveer 415 ijzer-60-atomen.
Plutonium-244 is radioactief en vervalt met een halfwaardetijd van 80,6 miljoen jaar. En ijzer-60 heeft een nog kortere halfwaardetijd van 2,6 miljoen jaar. De elementen konden dus niet aanwezig zijn geweest toen de aarde zich 4,5 miljard jaar geleden vormde. Dat suggereert dat hun bron een relatief recente gebeurtenis is. Toen de ijzer-60-atomen werden geteld op basis van hun diepte in de korst, en dus hoe lang geleden ze waren afgezet, zagen de wetenschappers twee pieken op ongeveer 2,5 miljoen jaar geleden en ongeveer 6,5 miljoen jaar geleden, wat suggereert dat twee of er waren in het recente verleden meer supernova’s voorgekomen.
De wetenschappers kunnen niet zeggen of het plutonium dat ze ontdekten ook van die supernova’s kwam. Maar als dat wel het geval was, zou de hoeveelheid plutonium die in die supernova’s wordt geproduceerd te klein zijn om de overvloed aan zware elementen in onze kosmische omgeving te verklaren, berekenden de onderzoekers. Dat suggereert dat reguliere supernova’s niet de belangrijkste bron van zware elementen kunnen zijn, althans in de buurt.
Dat betekent dat er nog andere bronnen nodig zijn voor het r-proces, zegt astrofysicus Anna Frebel van MIT, die niet bij het onderzoek betrokken was. “De supernovae snijden het gewoon niet.”
De meting geeft een momentopname van het r-proces in onze hoek van het universum, zegt astrofysicus Alexander Ji van Carnegie Observatories in Pasadena, Californië. “Het is eigenlijk de eerste detectie van zoiets, dus dat is echt heel netjes.”
