Wetenschap
Waarom uitzoeken hoe kalium in sterren wordt vernietigd belangrijk is voor het begrijpen van het universum
Als je wilt weten waar elementen vandaan komen, kijk dan naar de sterren. Bijna elk element zwaarder dan helium wordt gevormd door kernreacties in sterren. Maar welke stellaire processen zijn verantwoordelijk voor deze elementen? Kunnen we patronen vinden in hoeveel van elk element we waarnemen in verschillende astrofysische omgevingen, zoals sterren, sterrenstelsels of bolvormige sterrenhopen?
Onlangs heeft een team van NC State-onderzoekers zich geconcentreerd op het proces van kalium (K)-vernietiging in bolvormige sterrenhopen, waarbij ze vooral naar één cluster hebben gekeken:NGC 2419. Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters .
Bolvormige sterrenhopen zijn groepen van door zwaartekracht gebonden sterren. Astronomen hebben duidelijke patronen waargenomen in de relatieve hoeveelheden van verschillende elementen van ster tot ster. Eén zo'n patroon is dat tussen zuurstof en natrium:sterren in bolvormige sterrenhopen die meer natrium bevatten, hebben minder zuurstof, en omgekeerd. Dit staat bekend als de natrium-zuurstof (Na-O) anticorrelatie. Er zijn ook verschillende andere anticorrelaties ontdekt, die erop wijzen dat unieke (soms onbekende) processen plaatsvinden in specifieke bolvormige sterrenhopen.
In 2012 werd de eerste magnesium-kalium (Mg-K) anticorrelatie ontdekt in een specifieke bolvormige sterrenhoop, genaamd NGC 2419. Een algeheel overschot aan kalium werd in verband gebracht met reacties van waterstofverbranding bij temperaturen tussen 80 en 260 miljoen Kelvin.
Maar het raadselachtige is dat de sterren in de sterrenhoop die de anticorrelatie vertoonden relatief jonge, rode reuzensterren zijn. De kernen van deze sterren zouden niet heet genoeg moeten zijn voor nucleaire reacties die de hoeveelheid Mg en K veranderen. De leidende theorie ging over vermenging met K en Mg van oude sterren in de cluster, maar wat onzeker is gebleven is de snelheid van de kalium- vernietigende reactie.
Een onderzoeksteam probeerde de kaliumvernietigende reactie na te bootsen door een experiment uit te voeren met een soortgelijke kernreactie ( 39 K + 3 Hij —> 40 Ca + d), aan het Triangle Universities Nuclear Laboratory (TUNL).
Deze reactie is een protonoverdrachtsreactie, waarbij een proton uit helium-3 ( 3 He) wordt overgezet op kalium-39 ( 39 K), waarbij calcium-40 ( 40 Ca). Met deze experimentele reactie kunnen we de echte reactie nabootsen die optreedt in een ster waarbij kalium wordt vernietigd.
Ze ontdekten dat kalium niet alleen bij lagere temperaturen kan worden vernietigd, maar dat het bij deze temperaturen ook 13 keer sneller wordt vernietigd dan eerder werd gedacht.
De bevinding zou de manier kunnen veranderen waarop we elementcreatie in sterren modelleren – niet alleen voor dit specifieke geval van NGC 2419, maar ook voor andere astrofysische modellen die reacties op kalium omvatten.