Neutronensterbotsingen creëren niet de hoeveelheid chemische elementen die eerder werd aangenomen, een nieuwe analyse van de evolutie van sterrenstelsels. Het onderzoek laat ook zien dat de huidige modellen de hoeveelheid goud in de kosmos niet kunnen verklaren, waardoor een astronomisch mysterie ontstaat. Het werk heeft een nieuw uitziend periodiek systeem opgeleverd dat de stellaire oorsprong van natuurlijk voorkomende elementen van koolstof tot uranium laat zien.

Alle waterstof in het universum - inclusief elk molecuul ervan op aarde - werd gecreëerd tijdens de oerknal, die ook veel helium en lithium produceerde, maar niet veel anders. De rest van de natuurlijk voorkomende elementen wordt gemaakt door nucleaire processen die in sterren plaatsvinden. Massa bepaalt precies welke elementen worden gesmeed, maar ze worden allemaal vrijgegeven in sterrenstelsels op de laatste momenten van elke ster - explosief, in het geval van echt grote, of als dichte uitstroom, vergelijkbaar met zonnewind, voor degenen in dezelfde klasse als de zon.

"We kunnen sterren zien als gigantische snelkookpannen waar nieuwe elementen worden gecreëerd, " verklaarde co-auteur Associate Professor Karakas van het Australische ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in Three Dimensions (ASTRO 3-D).

"De reacties die deze elementen maken, leveren ook de energie die sterren miljarden jaren helder laat schijnen. Naarmate sterren ouder worden, ze produceren steeds zwaardere elementen naarmate hun binnenkant warmer wordt."

Van de helft van alle elementen die zwaarder zijn dan ijzer, zoals thorium en uranium, werd gedacht dat ze werden gemaakt toen neutronensterren, de superdichte overblijfselen van uitgebrande zonnen, op elkaar botsten. lang getheoretiseerd, botsingen met neutronensterren werden pas in 2017 bevestigd. echter, nieuwe analyse door Karakas en collega-astronomen Chiaki Kobayashi en Maria Lugaro onthult dat de rol van neutronensterren mogelijk aanzienlijk is overschat - en dat een ander stellair proces verantwoordelijk is voor het maken van de meeste zware elementen.

"Neutronensterfusies produceerden niet genoeg zware elementen in het vroege leven van het universum, en dat doen ze nu nog steeds niet 14 miljard jaar later, "zei Karakas. "Het universum heeft ze niet snel genoeg gemaakt om hun aanwezigheid in zeer oude sterren te verklaren, en, algemeen, er zijn gewoon niet genoeg botsingen gaande om de overvloed aan deze elementen tegenwoordig te verklaren."

In plaats daarvan, de onderzoekers ontdekten dat zware elementen moesten worden gecreëerd door een heel ander soort stellair fenomeen - ongebruikelijke supernova's die instorten terwijl ze met hoge snelheid ronddraaien en sterke magnetische velden genereren. De bevinding is een van de vele die uit hun onderzoek naar voren komen, die zojuist is gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift . Hun studie is de eerste keer dat de stellaire oorsprong van alle natuurlijk voorkomende elementen van koolstof tot uranium is berekend op basis van eerste principes.

De nieuwe modellering, zeggen de onderzoekers, zal het huidige geaccepteerde model van hoe het universum evolueerde substantieel veranderen." we hebben dit nieuwe model gebouwd om alle elementen tegelijk uit te leggen, en vond genoeg zilver, maar niet genoeg goud, " zei co-auteur universitair hoofddocent Kobayashi, van de Universiteit van Hertfordshire in het Verenigd Koninkrijk.

"Zilver wordt overgeproduceerd, maar goud wordt in het model ondergeproduceerd in vergelijking met waarnemingen. Dit betekent dat we misschien een nieuw type stellaire explosie of kernreactie moeten identificeren." De studie verfijnt eerdere studies die de relatieve rollen van stermassa berekenen, leeftijd en rangschikking bij de productie van elementen. Bijvoorbeeld, de onderzoekers stelden vast dat sterren die kleiner zijn dan ongeveer acht keer de massa van de zon koolstof produceren, stikstof en fluor, evenals de helft van alle elementen zwaarder dan ijzer. Massieve sterren met een massa van ongeveer acht keer de zon die ook exploderen als supernova aan het einde van hun leven, produceren veel van de elementen van koolstof tot ijzer, inclusief de meeste zuurstof en calcium die nodig zijn voor het leven.

"Behalve waterstof, er is geen enkel element dat slechts door één type ster kan worden gevormd, " legde Kobayashi uit.

"De helft van koolstof wordt geproduceerd door stervende sterren met een lage massa, maar de andere helft komt van supernova's. En de helft van het ijzer komt van normale supernova's van massieve sterren, maar de andere helft heeft een andere vorm nodig, bekend als Type Ia-supernova's. Deze worden geproduceerd in binaire systemen van sterren met een lage massa."

Paren massieve sterren gebonden door de zwaartekracht, in tegenstelling tot, kunnen transformeren in neutronensterren. Als deze tegen elkaar botsen, de impact produceert enkele van de zwaarste elementen die in de natuur voorkomen, inclusief goud.

Over de nieuwe modellering echter, de cijfers kloppen gewoon niet.

"Zelfs de meest optimistische schattingen van de botsingsfrequentie van neutronensterren kunnen eenvoudigweg niet de enorme overvloed van deze elementen in het universum verklaren, " zei Karakas. "Dit was een verrassing. Het lijkt erop dat draaiende supernova's met sterke magnetische velden de echte bron zijn van de meeste van deze elementen."

Co-auteur Dr. Maria Lugaro, die functies bekleedt bij het Konkoly Observatorium in Hongarije en de Monash University in Australië, denkt dat het mysterie van het ontbrekende goud vrij snel zal worden opgelost. "Er zijn nieuwe ontdekkingen te verwachten van nucleaire installaties over de hele wereld, inclusief Europa, de VS en Japan, momenteel gericht op zeldzame kernen geassocieerd met neutronensterfusies, ' zei ze. 'De eigenschappen van deze kernen zijn onbekend, maar ze beheersen de productie van de overvloed aan zware elementen sterk. Het astrofysische probleem van het ontbrekende goud kan inderdaad worden opgelost door een kernfysisch experiment."

De onderzoekers geven toe dat toekomstig onderzoek zou kunnen uitwijzen dat botsingen met neutronensterren vaker voorkomen dan het bewijs tot nu toe suggereert, in dat geval zou hun bijdrage aan de elementen waaruit alles bestaat, van de schermen van mobiele telefoons tot de brandstof voor kernreactoren, weer naar boven kunnen worden bijgesteld.

Op dit moment, echter, ze lijken veel minder geld op te leveren voor hun pony.