Waar komt goud, het edele metaal dat door de eeuwen heen door stervelingen is begeerd, Komt van? Hoe, waar en wanneer is het gemaakt? afgelopen augustus, een enkele astrofysische waarneming gaf ons uiteindelijk de sleutel om deze vragen te beantwoorden. De resultaten van dit onderzoek zijn op 16 oktober gepubliceerd, 2017.

Goud bestaat al vóór de vorming van de aarde:dit is wat het onderscheidt van, bijvoorbeeld, diamant. Hoe waardevol het ook mag zijn, deze kostbare steen is geboren uit louter steenkool, waarvan de atomaire structuur wordt gewijzigd door enorme druk van de aardkorst. Goud is totaal anders - de sterkste krachten in de aardmantel zijn niet in staat om de samenstelling van de atoomkern te veranderen. Jammer voor de alchemisten die ervan droomden lood in goud te veranderen.

Toch is er goud op aarde, zowel in zijn diepe kern, waar het samen met zware elementen zoals lood of zilver is gemigreerd, en in de aardkorst, dat is waar we dit edelmetaal extraheren. Terwijl het goud in de kern er al was bij de vorming van onze planeet, dat in de korst grotendeels buitenaards is en is aangekomen na de vorming van de aarde. Het werd gebracht door een gigantische meteorenregen die ongeveer 3,8 miljard jaar geleden de aarde (en de maan) bombardeerde.

Vorming van zware elementen

Hoe wordt goud geproduceerd in het universum? De elementen zwaarder dan ijzer, inclusief goud, worden gedeeltelijk geproduceerd door de s proces tijdens de uiteindelijke evolutiefasen van de sterren. Het is een langzaam proces ( s staat voor langzaam) die actief is in de kern van zogenaamde AGB-sterren - die met een lage en gemiddelde massa (minder dan 10 zonsmassa's) die chemische elementen tot polonium kunnen produceren. De andere helft van de zware elementen wordt geproduceerd door de R Verwerken ( R staat voor snel). Maar de plaats waar dit nucleosyntheseproces plaatsvindt, is lang een mysterie gebleven.

Om de ontdekking mogelijk gemaakt door de 17 augustus te begrijpen, 2017, observatie, we moeten het wetenschappelijke begrijpen status quo die vooraf bestond. Al ongeveer 50 jaar, de dominante veronderstelling onder de wetenschappelijke gemeenschap was dat de R proces vond plaats tijdens de laatste explosie van massieve sterren (specialisten spreken van een kerninstorting supernova). Inderdaad, de vorming van lichte elementen (die tot aan ijzer) impliceert kernreacties die de stabiliteit van de sterren verzekeren door de door de zwaartekracht veroorzaakte contractie tegen te gaan. Voor zwaardere elementen - die van ijzer en daarbuiten - is het nodig om energie toe te voegen of heel specifieke paden te nemen, zoals de s en R processen. Onderzoekers geloofden dat de R proces kan plaatsvinden in uitgeworpen materie van de explosie van massieve sterren, een deel van de vrijgekomen energie opvangen en deelnemen aan de verspreiding van materiaal in het interstellaire medium.

Ondanks de eenvoud van deze uitleg, numerieke modellering van supernova's is uiterst gecompliceerd gebleken. Na 50 jaar inspanningen, onderzoekers zijn net begonnen het mechanisme ervan te begrijpen. De meeste van deze simulaties bieden helaas niet de fysieke omstandigheden voor de R Verwerken.

Deze voorwaarden zijn echter vrij eenvoudig:je hebt veel neutronen nodig en een echt warme omgeving.

Fusie van neutronensterren

In het laatste decennium of zo, sommige onderzoekers zijn begonnen met het serieus onderzoeken van een alternatief scenario van de productielocatie voor zware elementen. Ze richtten hun aandacht op neutronensterren. Zoals het hun naam betaamt, ze vormen een gigantisch reservoir van neutronen, die af en toe worden vrijgegeven. De sterkste van deze releases vindt plaats tijdens hun samenvoeging, in een binair systeem, ook wel kilonova genoemd. Er zijn verschillende kenmerken van dit fenomeen die gelukkig op 17 augustus werden waargenomen:een gravitatiegolfemissie die een fractie van een seconde voor de definitieve fusie van de sterren culmineerde en een uitbarsting van zeer energetisch licht (bekend als een gammastraaluitbarsting) uitgezonden door een straal materie die de snelheid van het licht nadert. Hoewel deze uitbarstingen al tientallen jaren regelmatig worden waargenomen, het is pas sinds 2015 dat zwaartekrachtgolven op aarde detecteerbaar zijn dankzij de Virgo- en LIGO-interferometers.

17 augustus blijft een belangrijke datum voor de wetenschappelijke gemeenschap. Inderdaad, het markeert de eerste gelijktijdige detectie van de komst van zwaartekrachtsgolven - waarvan de oorsprong in de lucht redelijk goed werd geïdentificeerd - en een gammastraaluitbarsting, waarvan de oorsprong ook redelijk goed gelokaliseerd was en samenviel met de eerste. Gamma-burst-emissies zijn gefocust in een smalle kegel, en het geluk van de astronomen was dat deze in de richting van de aarde werd uitgezonden.

In de volgende dagen, telescopen analyseerden continu het licht van deze kilonova en vonden bevestiging van de productie van elementen zwaarder dan ijzer. Ze waren ook in staat om de frequentie van het fenomeen en de hoeveelheid uitgestoten materiaal te schatten. Deze schattingen komen overeen met de gemiddelde abundantie van de elementen die in onze melkweg zijn waargenomen.

In een enkele waarneming de hypothese die tot nu toe heerste – van a R proces dat uitsluitend plaatsvindt tijdens supernovae – staat nu ernstig ter discussie en het is nu zeker dat de R proces vindt ook plaats in kilonovae. De respectieve bijdrage van supernovae en kilonovae voor de nucleosynthese van de zware elementen moet nog worden bepaald, en het zal worden gedaan met de accumulatie van gegevens met betrekking tot de volgende waarnemingen. De waarneming van 17 augustus alleen heeft al een grote wetenschappelijke vooruitgang mogelijk gemaakt voor het wereldwijde begrip van de oorsprong van zware elementen, inclusief goud.

Een nieuw venster op het universum

Er is zojuist een nieuw venster naar het universum geopend, zoals de dag dat Galileo de eerste telescoop op de hemel richtte. De interferometers Virgo en LIGO maken het nu mogelijk om de meest gewelddadige verschijnselen van het universum te "horen", en enorme perspectieven zijn geopend voor astronomen, astrofysici, deeltjesfysici en kernfysici. Deze wetenschappelijke prestatie was alleen mogelijk dankzij de vruchtbare samenwerking tussen zeer ondersteunende landen, met name de Verenigde Staten, Duitsland, Frankrijk en Italië. Als voorbeeld, er is maar één laboratorium ter wereld dat in staat is om de vereiste precisie te bereiken voor de spiegels die lasers reflecteren, LMA in Lyon, Frankrijk. Nieuwe interferometers zijn in ontwikkeling in Japan en India, en deze lijst zal zeker snel langer worden gezien de enorme ontdekkingen die in de toekomst worden verwacht.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.