Επιστήμονες ανακάλυψαν πώς προήλθε ο χρυσός – Γιατί η απάντηση είναι «εκρηκτική»
Νέα έρευνα διαπίστωσε ότι τα βαρύτερα στοιχεία, από τον σίδηρο έως το ουράνιο, μπορεί να σχηματίστηκαν μέσω εκρήξεων σε έναν σπάνιο τύπο άστρου που ονομάζεται μάγναστρο όπως αναφέρει η Washington Post.
Τα μάγναστρα, τα οποία υπάρχουν πριν από τη δημιουργία του ηλιακού συστήματος, θα μπορούσαν να ήταν μια πρώιμη πηγή πολύτιμων μετάλλων – όπως ο χρυσός – στον πλανήτη μας, σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Astrophysical Journal.
Πρόκειται για μία πολύ σημαντική ανακάλυψη καθώς ακόμα κι αν η πρώιμη Γη είχε νερό και οξυγόνο, ο πλανήτης θα χρειαζόταν ένα άλλο συστατικό για να ανθίσει η ζωή: τα βαρέα μέταλλα. Τα κινητά μας τηλέφωνα, ο πυρήνας της Γης, ακόμη και ο ανθρώπινος μεταβολισμός, σε διαφορετική περίπτωση θα ήταν ανύπαρκτοι.
«Αν σκεφτείτε τα βασικά συστατικά από τα οποία είναι φτιαγμένα τα πάντα, είναι απλώς νετρόνια, πρωτόνια, ηλεκτρόνια», δήλωσε ο Ανιρούντ Πατέλ, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.
«Το ερώτημα είναι πώς η φύση σφυρηλατεί αυτά τα βασικά δομικά στοιχεία στην πολύπλοκη ύλη που βλέπουμε παντού γύρω μας», προσθέτει.
Με τα χρόνια, οι επιστήμονες έχουν καταλήξει σε μια λίστα για το τι μπορεί να δημιουργήσει βαρέα μέταλλα: πρώτον, πολλά νετρόνια και πρωτόνια σε μια πυκνή περιοχή που μπορούν να συγκρούονται μεταξύ τους. Δεύτερον, χρειάζονται πολύ περισσότερα νετρόνια από πρωτόνια. Διαφορετικά, τα πρωτόνια θα απωθούνταν μεταξύ τους και οι εσωτερικοί δεσμοί μέσα στον πυρήνα θα προχωρούσαν σε διάσπαση.
Ο ρόλος των αστέρων νετρονίων
Μια προφανής απάντηση για τους αστροφυσικούς είναι οι αστέρες νετρονίων. Είναι το πυκνότερο αντικείμενο που είναι γνωστό στο σύμπαν μας και κυριολεκτικά γεμάτο με νετρόνια. Όταν ένα τεράστιο αστέρι υφίσταται μια έκρηξη σουπερνόβα και καταρρέει στον πυρήνα του αυτό που απομένει είναι ο αστέρας νετρονίων.
«Αν διαταράξεις τον αστέρα νετρονίων, έχεις πλέον απελευθερώσει την πυκνότερη ύλη στο σύμπαν που αποτελείται κυρίως από νετρόνια», δήλωσε ο Έρικ Μπερνς, συν-συγγραφέας της μελέτης και αστροφυσικός στο Κρατικό Πανεπιστήμιο της Λουιζιάνα.
Το 2017, οι επιστήμονες ανίχνευσαν για πρώτη φορά δύο άστρα νετρονίων να συγχωνεύονται, κάτι που αποδείχθηκε ένα πραγματικό εργοστάσιο μετάλλων. Η ποσότητα χρυσού που δημιουργήθηκε από το συμβάν ήταν αρκετές φορές η μάζα της Γης.
«Αυτή ήταν πραγματικά η πρώτη φορά που μπορέσαμε να επιβεβαιώσουμε μέσα από την παρατήρηση ότι αυτά τα βαρέα στοιχεία μπορούν να παραχθούν από τη συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων», δήλωσε ο Πατέλ, διδακτορικός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια.
Αλλά οι συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων δεν θα μπορούσαν να είναι η μόνη πηγή, πρόσθεσε.
Αυτό γιατί, όπως τόνισε, αυτά τα γεγονότα συμβαίνουν σχετικά αργά στην γαλαξιακή ιστορία, κάτι που δεν εξηγεί πώς τα αστέρια που σχηματίστηκαν νωρίτερα στο σύμπαν είχαν αυτά τα βαρέα μέταλλα. Δεύτερον, οι συγχωνεύσεις ήταν επίσης πολύ σπάνιες – μία φορά κάθε 100.000 χρόνια περίπου – και δεν θα μπορούσαν να είναι ο μοναδικός προμηθευτής βαρέων μετάλλων σε όλο το σύμπαν.
Τα άστρα νετρονίων έχουν διαφορετικές μορφές. Ένα απλό άστρο νετρονίων πάνω στο πιο ακραίο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα μάγναστρο.
Η έκρηξη του μάγναστρου, υποψιαζόταν η ομάδα, πιθανότατα θα ήταν αρκετή για να δημιουργήσει μία μεγάλη ποσότητα χρυσού. «Παίρνετε το πυκνότερο αντικείμενο στο σύμπαν, τα ισχυρότερα μαγνητικά πεδία, και το σπάτε», είπε ο Μπερνς.
«Αυτή η απελευθέρωση ενέργειας είναι απλά τεράστια».
Η παρουσία των μάγναστρων
Τα μάγναστρα είναι σπάνια στο σύμπαν, αλλά εκρήγνυνται αρκετά συχνά και πιστεύεται ότι υπήρχαν νωρίς στον γαλαξία μας. Αλλά οι επιστήμονες έπρεπε ακόμα να παρατηρήσουν εάν μια γιγάντια έκλαμψη μάγναστρου θα μπορούσε να δημιουργήσει βαρέα μέταλλα.
Αυτή η έκρηξη, υποψιαζόταν η ομάδα, πιθανότατα θα ήταν αρκετή για να δημιουργήσει μια κυριολεκτική τεράστια ποσότητα χρυσού. «Παίρνετε το πυκνότερο αντικείμενο στο σύμπαν, τα ισχυρότερα μαγνητικά πεδία, και το σπάτε», είπε ο Μπερνς. «Αυτή η απελευθέρωση ενέργειας είναι απλά τεράστια», προσθέτει.
Μόνο τρεις από αυτές τις εντυπωσιακές «γιγάντιες εκλάμψεις μάγναστρου» έχουν καταγραφεί τα τελευταία 60 χρόνια, αλλά μία τετάστια έκρηξη παρατηρήθηκε το 2004.
Ένα μάγναστρα εξερράγη με τόση ενέργεια που επηρέασε την ιονόσφαιρα της Γης, παρόλο που βρισκόταν 30.000 έτη φωτός μακριά.
Η παρατήρηση που οδήγησε στην ανακάλυψη
«Μια έκλαμψη ουσιαστικά από την άλλη πλευρά του γαλαξία μας μπόρεσε να έχει τόσο τεράστιο αντίκτυπο στη Γη», δήλωσε ο Μπράιαν Μέτζγκερ, συνσυγγραφέας της μελέτης και αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια. Η έκλαμψη «ήταν πιθανώς το πιο λαμπρό ηλεκτρομαγνητικό πράγμα που έχουμε δει ποτέ εκτός του ηλιακού μας συστήματος». Το μάγναστρο εξέπεμψε μια ισχυρή έκρηξη φωτός. Αλλά επίσης εκτόξευσε υλικό από την επιφάνεια του αστέρα νετρονίων.
Καθώς το υλικό από το άστρο εκτινάσσονταν, διαστελλόταν και ψύχονταν, ο Πατέλ είπε ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια ουσιαστικά ανασυνδυάστηκαν για να σχηματίσουν όλο και βαρύτερα στοιχεία όπως χρυσό, πλατίνα και ουράνιο.
Τη στιγμή που παράγονται αυτά τα βαριά μέταλλα, είναι ραδιενεργά και ασταθή. Στη συνέχεια διασπώνται στις σταθερές τους μορφές, απελευθερώνοντας ενέργεια με τη μορφή ακτίνων γάμμα στη διαδικασία.
Ο Πατέλ και η ομάδα προέβλεψαν ποια στοιχεία μπορεί να έχουν παραχθεί και τη συνολική ποσότητα ενέργειας ακτίνων γάμμα που απελευθερώθηκε από τα στοιχεία που διασπώνται. Όταν η ομάδα είδε τα πραγματικά δεδομένα ακτίνων γάμμα από την έκλαμψη, έμειναν έκπληκτοι από το πόσο στενά ταίριαζαν οι προβλέψεις τους με την παρατήρηση.
Η έκλαμψη παρήγαγε μια τεράστια ποσότητα βαρύτερων στοιχείων, ξεπερνώντας τη μάζα του πλανήτη Άρη. «Αυτή είναι μια πολύ συναρπαστική εξέλιξη», δήλωσε η Χσιν Γιου Τσεν, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν, η οποία δεν συμμετείχε στη μελέτη.
Οι επιστήμονες υποψιάζονταν εδώ και καιρό ότι τα βαρύτερα στοιχεία σχηματίστηκαν με πολλαπλούς τρόπους, «αλλά δεν ήταν σε θέση να το αποδείξουν οριστικά μέχρι τώρα», πρόσθεσε η Άννα Φρέμπελ, καθηγήτρια φυσικής και επικεφαλής αστροφυσικής στο MIT, η οποία επίσης δεν συμμετείχε στη μελέτη.
Αμφότερες συμφώνησαν ότι τα ευρήματα μπορούν να βοηθήσουν στην εξήγηση του πώς σχηματίστηκαν τα βαρέα στοιχεία νωρίς στο σύμπαν με τρόπους που δεν μπορούν να γίνουν με τις συγχωνεύσεις αστέρων νετρονίων.
Σε πιο άμεσο επίπεδο, είπε η Φρέμπελ, μπορούμε τώρα να πούμε ότι τα χρυσά και πλατινένια κοσμήματά μας πιθανότατα προήλθαν από εκρήξεις και συγχωνεύσεις αστέρων νετρονίων «που λειτουργούσαν περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια πριν από τη γέννηση του ήλιου».
