Een team van onderzoekers, onder leiding van astrofysicus Sumner Starrfield van de Arizona State University, heeft theorie gecombineerd met observaties en laboratoriumstudies en vastgesteld dat een klasse van stellaire explosies, klassieke novae genoemd, zijn verantwoordelijk voor het grootste deel van het lithium in ons melkwegstelsel en ons zonnestelsel.

De resultaten van hun onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift van de American Astronomical Society.

"Gezien het belang van lithium voor veelvoorkomende toepassingen zoals hittebestendig glas en keramiek, lithiumbatterijen en lithium-ionbatterijen, en stemmingsveranderende chemicaliën; het is leuk om te weten waar dit element vandaan komt, " zei Starfield, die een Regents Professor is bij ASU's School of Earth and Space Exploration en een Fellow van de American Astronomical Society. "En het is belangrijk om ons begrip te verbeteren van de bronnen van de elementen waaruit ons lichaam en het zonnestelsel zijn gemaakt."

Het team heeft vastgesteld dat een fractie van deze klassieke nova's zal evolueren totdat ze exploderen als supernova's van het type Ia. Deze exploderende sterren worden helderder dan een sterrenstelsel en kunnen op zeer grote afstanden in het heelal worden ontdekt.

Als zodanig, ze worden gebruikt om de evolutie van het universum te bestuderen en waren de supernova's die halverwege de jaren negentig werden gebruikt om donkere energie te ontdekken, waardoor de uitdijing van het heelal versnelt. Ze produceren ook veel van het ijzer in de melkweg en het zonnestelsel, een belangrijk bestanddeel van onze rode bloedcellen, die zuurstof door het lichaam vervoeren.

Klassieke novae

De vorming van het heelal, vaak aangeduid als de "Big Bang, " vormden voornamelijk de elementen waterstof, helium en een beetje lithium. Alle andere chemische elementen, waaronder het grootste deel van lithium, worden gevormd in sterren.

Klassieke novae zijn een klasse van sterren bestaande uit een witte dwerg (een stellair overblijfsel met de massa van de zon maar de grootte van de aarde) en een grotere ster in een nauwe baan rond de witte dwerg.

Gas valt van de grotere ster op de witte dwerg, en als er genoeg gas is verzameld op de witte dwerg, een explosie, of nieuw, komt voor. Er zijn ongeveer 50 explosies per jaar in onze melkweg en de helderste aan de nachtelijke hemel worden wereldwijd door astronomen waargenomen.

Simulaties, waarnemingen en meteorieten

De auteurs hebben in dit onderzoek verschillende methoden gebruikt om de hoeveelheid lithium te bepalen die bij een nova-explosie wordt geproduceerd. Ze combineerden computervoorspellingen over hoe lithium ontstaat door de explosie, hoe het gas wordt uitgestoten en wat de totale chemische samenstelling moet zijn, samen met telescoopwaarnemingen van het uitgestoten gas, om de compositie daadwerkelijk te meten.

Starrfield gebruikte zijn computercodes om de explosies te simuleren en werkte samen met co-auteur en American Astronomical Fellow Charles E. Woodward van de University of Minnesota en co-auteur Mark Wagner van het Large Binocular Telescope Observatory in Tucson en Ohio State om gegevens over nova te verkrijgen. explosies met behulp van telescopen op de grond, ronddraaiende telescopen en het Boeing 747 NASA-observatorium genaamd SOFIA.

Co-auteurs en nucleaire astrofysici Christian Iliadis van de University of North Carolina in Chapel Hill en W. Raphael Hix van het Oak Ridge National Laboratory en University of Tennessee, Knoxville gaf inzicht in de kernreacties binnen sterren die essentieel waren voor het oplossen van de differentiaalvergelijkingen die voor dit onderzoek nodig waren.

"Ons vermogen om te modelleren waar sterren hun energie krijgen, hangt af van het begrijpen van kernfusie waarbij lichte kernen worden samengesmolten tot zwaardere kernen en energie vrijgeven, " zei Starrfield. "We moesten weten onder welke stellaire omstandigheden we kunnen verwachten dat de kernen op elkaar inwerken en wat de producten van hun interactie zijn."

Co-auteur en isotoop-kosmochemicus Maitrayee Bose van ASU's School of Earth and Space Exploration analyseert meteorieten en interplanetaire stofdeeltjes die kleine stenen bevatten die in verschillende soorten sterren zijn gevormd.

"Onze eerdere studies hebben aangetoond dat een klein deel van het sterrenstof in meteorieten gevormd in novae, Bose zei. "Dus de waardevolle input van dat werk was dat nova-uitbarstingen hebben bijgedragen aan de moleculaire wolk die ons zonnestelsel heeft gevormd." Bose stelt verder dat hun onderzoek zeer specifieke samenstellingen voorspelt van sterrenstofkorrels die zich vormen in nova-uitbarstingen en zijn gebleven onveranderd sinds ze werden gevormd.

"Dit is een lopend onderzoek in zowel theorie als observaties, " zei Starrfield. "Terwijl we aan theorieën blijven werken, we kijken ernaar uit wanneer we NASA's James Webb Space Telescope en de Nancy Grace Roman Telescope kunnen gebruiken om nova's te observeren en meer te weten te komen over de oorsprong van ons universum."