Mustien aukkojen kertymäkiekoissa on otolliset olot raskaiden aineiden synnyllä. Kuva: Nasa
Mustien aukkojen kertymäkiekoissa on otolliset olot raskaiden aineiden synnyllä. Kuva: Nasa

Jopa 80 prosenttia raskaista alkuaineista on syntynyt tällaisissa romahduksissa.

Nyt kun nuoret parit elävät kesähäiden kulta-aikaa ja vanhimmat pariskunnat lähestyvät platinahäiden rajapyykkiä eli 80. hääpäivää, on syytä hiljentyä miettimään, mistä sormusten raskaat metallit ja muut raskaat alkuaineet ovat lähtöisin.

Ne ovat etupäässä lähtöisin romahtavista tähdistä, väittävät Columbian yliopiston fyysikot Naturessa loppukeväällä julkaistussa tutkimuksessa.

Kun suurissa, noin 30-kertaa auringon painoisissa, tähdissä fuusio loppuu, painovoima romahduttaa ne mustiksi aukoiksi. Mustan aukon ympärille syntyy vinhasti pyörivä kertymäkiekko, josta aine imeytyy mustaan aukkoon.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Raskaat alkuaineet syntyvät kertymäkiekon sisäosan äärimmäisessä kuumuudessa ja tiheydessä ja sinkoutuvat siitä avaruuteen, fyysikot päättelevät.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

”Tämä kyseenalaistaa näkemyksen, että raskaat alkuaineet pääosin olisivat syntyneet kahden neutronitähden törmäyksessä tai neutronitähden ja mustan aukon törmäyksessä”, tutkimuksen ykköskirjoittaja, fysiikan professori Daniel Siegel sanoo tiedotteessa.

Universumin kolmea keveintä alkuainetta – vetyä, heliumia ja litiumia – alkoi syntyä jo hyvin varhain, noin minuutin päästä alkuräjähdyksen jälkeen.

Kevyet ja kevyehköt alkuaineet aina 26. alkuaineeseen eli rautaan saakka ovat pääosin syntyneet tähtien ydinreaktioissa. Sieltä ne ovat sinkoutuneet ympäriinsä tähtien räjähdyksissä.

Arvoitukseksi on jäänyt se, miten syntyivät rautaa raskaammat alkuaineet eli koboltti (27.), nikkeli (28.), kupari (29.) ja vieoä raskaammat platina (78.) kulta (79.) ja uraani (92.).

Keskeistä näiden synnyssä on atomiytimen kyky kaapata neutroneita nopeasti itseään raskauttamaan. Sitä kutsutaan r-prosessiksi. Kertymäkiekon sisäosan kuumuudessa ja tiheydessä se on mahdollista.

”Siellä hiukkaset, kuten elektronit, positronit ja neutriinot, vuorovaikuttavat niin että protonit muuttuvat neutroneiksi. Tämä on edellytys sille, että raskaampia alkuaineita, kuten kultaa ja platinaa, pääsee syntymään”, Siegel selittää Space.comin jutussa.

Alun perin Siegel kollegoineen lähti tutkimaan, kuinka neutronitähtien törmätessä syntyvää mustaa aukkoa ympäröivässä kertymäkiekossa muodostuu raskaita alkuaineita.

He kuitenkin päättelivät, että myös ilman törmäystä eli tähden ”vain” romahtaessa voi syntyä sama tilanne.

”Tällä tavoin luhistuvat tähdet ovat harvinaisia ilmiöitä, harvinaisempia kuin neutronitähtien törmäämiset. Ne kuitenkin syöksevät kertymäkiekossaan enemmän raskaita alkuaineita avaruuteen”, Siegel sanoo.

Tutkijoiden mukaan noin 80 prosenttia universumissa havaituista raskaista alkuaineista olisi syntynyt näin.

Tutkijoiden malli on laskennallinen ja simulaatioihin perustuva. He toivovat, että joku vahvistaisi sen havainnoilla.

Esimerkiksi James Webb -avaruusteleskooppi, joka on määrä laukaista avaruuteen vuonna 2021, voisi suunnata infrapunakameransa johonkin tällä tavoin luhistuvaan tähteen jossain kaukaisessa galaksissa.

Sisältö jatkuu mainoksen alla