Dat goud aan je ringvinger is geweldig - en niet alleen op een gratis manier.

In een bevinding die ons begrip van waar de zware elementen van de aarde zoals goud en platina vandaan komen, omver kan werpen, nieuw onderzoek door een natuurkundige van de Universiteit van Guelph suggereert dat de meeste van hen werden uitgespuwd door een grotendeels over het hoofd gezien soort sterexplosie ver weg in ruimte en tijd van onze planeet.

Ongeveer 80 procent van de zware elementen in het universum is waarschijnlijk gevormd in collapsars, een zeldzame maar zware elementrijke vorm van supernova-explosie door de zwaartekrachtinstorting van vroeger, massieve sterren typisch 30 keer zo zwaar als onze zon, zei natuurkundeprofessor Daniel Siegel.

Die bevinding doet de wijdverbreide overtuiging omverwerpen dat deze elementen meestal afkomstig zijn van botsingen tussen neutronensterren of tussen een neutronenster en een zwart gat, zei Siegel.

Zijn paper, co-auteur met collega's van Columbia University, verschijnt vandaag in het tijdschrift Natuur .

Met behulp van supercomputers, het trio simuleerde de dynamiek van collapsars, of oude sterren waarvan de zwaartekracht ervoor zorgt dat ze imploderen en zwarte gaten vormen.

Volgens hun model enorm, snel draaiende collapsars stoten zware elementen uit waarvan de hoeveelheden en distributie "verrassend vergelijkbaar zijn met wat we waarnemen in ons zonnestelsel, " zei Siegel. Hij trad deze maand in dienst bij U of G en is ook benoemd tot lid van het Perimeter Institute for Theoretical Physics, in Waterloo, Ont.

De meeste elementen die in de natuur worden gevonden, zijn ontstaan ​​bij kernreacties in sterren en uiteindelijk uitgestoten in enorme stellaire explosies.

Zware elementen die op aarde en elders in het universum worden gevonden door explosies van lang geleden, variëren van goud en platina, uranium en plutonium gebruikt in kernreactoren, tot meer exotische chemische elementen zoals neodymium dat wordt aangetroffen in consumentenartikelen zoals elektronica.

Tot nu, wetenschappers dachten dat deze elementen voornamelijk werden gekookt in stellaire smashups met neutronensterren of zwarte gaten, zoals bij een botsing van twee neutronensterren waargenomen door aardgebonden detectoren die in 2017 de krantenkoppen haalden.

Ironisch, zei Siegel, zijn team begon de fysica van die fusie te begrijpen voordat hun simulaties wezen op collapsars als een geboortekamer met zware elementen. "Ons onderzoek naar fusies van neutronensterren heeft ons doen geloven dat de geboorte van zwarte gaten in een heel ander type stellaire explosie zelfs meer goud zou kunnen produceren dan fusies van neutronensterren."

Wat collapsars missen in frequentie, ze compenseren in het genereren van zware elementen, zei Siegel. Collapsars produceren ook intense flitsen van gammastraling.

"Tachtig procent van deze zware elementen die we zien, zouden afkomstig moeten zijn van collapsars. Collapsars zijn vrij zeldzaam bij het voorkomen van supernova's, zelfs zeldzamer dan fusies van neutronensterren, maar de hoeveelheid materiaal die ze de ruimte in werpen is veel groter dan die van fusies van neutronensterren."

Het team hoopt nu zijn theoretische model gevalideerd te zien door observaties. Siegel zei dat infraroodinstrumenten zoals die van de James Webb Space Telescope, gepland voor lancering in 2021, moet in staat zijn om veelbetekenende straling te detecteren die wijst op zware elementen van een collapsar in een ver sterrenstelsel.

"Dat zou een duidelijke handtekening zijn, " hij zei, eraan toevoegend dat astronomen ook bewijs van collapsars kunnen detecteren door te kijken naar hoeveelheden en verdeling van zware elementen in andere sterren in ons Melkwegstelsel.

Siegel zei dat dit onderzoek aanwijzingen kan opleveren over hoe onze melkweg begon.

"Proberen vast te stellen waar zware elementen vandaan komen, kan ons helpen begrijpen hoe de melkweg chemisch is samengesteld en hoe de melkweg is gevormd. Dit kan zelfs helpen bij het oplossen van enkele grote vragen in de kosmologie, aangezien zware elementen een mooie tracer zijn."

Dit jaar is het 150 jaar geleden dat Dmitri Mendelejev het periodiek systeem van de chemische elementen maakte. Vanaf dat moment, wetenschappers hebben veel meer elementen aan het periodiek systeem toegevoegd, een hoofdbestanddeel van wetenschappelijke leerboeken en klaslokalen over de hele wereld.

Verwijzend naar de Russische chemicus, Siegel zei, "We kennen nog veel meer elementen die hij niet kende. Wat fascinerend en verrassend is, is dat, na 150 jaar studie van de fundamentele bouwstenen van de natuur, we begrijpen nog steeds niet helemaal hoe het universum een ​​groot deel van de elementen in het periodiek systeem creëert."