Egy nemzetközi tudósokból álló kutatócsoport az ELKH CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézete egyik sikeres munkatársának vezetésével azt vizsgálja, hogy 4,6 milliárd évvel ezelőtt milyen körülmények között keletkezett a Naprendszer. Legújabb felfedezésükről, hogy miként képződnek a periódusos rendszer legnehezebb elemei, az egyik legrangosabb nemzetközi tudományos folyóiratban, a Science-ben olvashatunk.

Az elmúlt évtizedek fontos megoldatlan kérdése, hogy milyen esemény hozza létre az univerzum legnehezebb elemeit, például a jódot, a platinát, az uránt és az aranyat. Azt már tudjuk, hogy ez egy gyors neutronbefogódással járó folyamat – röviden r-folyamat. Idáig úgy vélte a tudomány, hogy az r-folyamat vagy két neutroncsillag, vagy egy neutroncsillag és egy fekete lyuk ütközéséhez, vagy pedig egy ritka szupernóva-robbanáshoz köthető, amely különleges típusú, nagy tömegű csillagok fejlődésének a végén következik be.

Az r-folyamat során képződő atommagok közül néhány radioaktív, és évmillióknak kell eltelnie ahhoz, hogy stabil atommagokká alakuljanak át. A jód-129 és a kűrium-247 pont ilyen izotóp, mely Naprendszerünk kialakulásakor került a meteoritok anyagába. E két izotópnak van egy közös és igen jelentős tulajdonsága: majdnem ugyanakkora a felezési idejük. Ennek eredményeként a jód-129 és a kűrium-247 aránya nem változott a több milliárd évvel ezelőtti keletkezésük óta. – „Tulajdonképpen a kezdeti jód-129 és kűrium-247 arány »befagyott« az idő során, megőrződött, akár egy fosszília, ezért ennek segítségével közvetlenül vizsgálhatjuk azt a legutolsó csillagászati eseményt, amely nehéz elemeket szállított a Naprendszerünket kialakító anyaghoz” – mondja Benoit Côté, a kutatás vezetője, a Csillagászati Intézet munkatársa.

A kutatók megvizsgálták, hogy a neutroncsillagok, illetve neutroncsillagok és fekete lyukak ütközése során milyen arányban képződik jód-129 és kűrium-247 izotóp, majd 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 közepesen neutron-sűrű környezet – 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, még mindig bizonytalan a válasz arra, hogy egészen pontosan mi volt az a legutolsó csillagászati objektum, amely nehéz elemeket szállított a Naprendszerünkbe. – „Mindamellett az a felismerés, hogy az a jód-129 és a kűrium-247 arányával közvetlenül vizsgálhatjuk a nehéz elemek képződésének körülményeit, önmagában egy nagyszerű eredmény” – mondja Maria Lugaro, a budapesti kutatócsoport vezetője. Végső soron a neutroncsillag-ütközések és a csillagrobbanások jövőbeli szimulációi, illetve a nukleáris tulajdonságok kísérleti vizsgálatai igazolhatják az eredményeket, és tovább pontosíthatják Naprendszerünk, és ezen belül Földünk nehéz elemeinek eredetét.

Fiatal csillagok porkorongba burkolódzva. Forrás: Young Stars Surrounded by Disks of Dust Nasa /StSci (credit https://hubblesite.org/copyright)

Formálódó fiatal kettőscsillagrendszer BHB2007. Forrás: A Baby Binary Star in Formation Image Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO),  O. Alves et al.

További információ: A kutatás eredményeit részletező szakcikk „129I and 247Cm in meteorites constrain the last astrophysical source of solar r-process elements” címmel jelent meg a világ egyik legjelentősebb tudományos folyóiratában, a Science-ben.

Szerzők: Benoit Côté, Marius Eichler, Andrés Yagüe, Nicole Vassh, Matthew R. Mumpower, Blanka VilágosBenjámin Soós, Almudena Arcones, Trevor M. Sprouse, Rebecca Surman, Marco Pignatari, Mária K. PetőBenjamin Wehmeyer, Thomas Rauscher, and Maria Lugaro (csillagászati kutatók kiemelve)