Exploziile de raze gamma — cele mai puternice tipuri de explozii cunoscute din cosmos — ar putea deține o piesă esențială din puzzle-ul unuia dintre cele mai mari mistere din fizica modernă: cum sunt create cele mai grele elemente din Univers, scrie space.com.
Un nou studiu sugerează că lumina extrem de intensă emisă de aceste explozii ar putea contribui la formarea elementelor grele în învelișurile exterioare ale stelelor muribunde.
Cum iau naștere elementele grele
Până acum, cercetările au indicat că formarea elementelor grele, precum aurul, necesită cantități uriașe de neutroni liberi, care pot fi absorbiți de nucleele atomice, făcându-le din ce în ce mai mari. Dar, după cum explică fizicianul Matthew Mumpower de la Laboratorul Național Los Alamos (SUA), „neutronii liberi sunt instabili și se dezintegrează în aproximativ 15 minute, ceea ce limitează scenariile în care aceștia pot fi folosiți pentru a crea elemente grele”.
Unul dintre puținele contexte în care neutronii sunt disponibili în cantitate mare este coliziunea catastrofală dintre două stele neutronice. Totuși, Mumpower și colegii săi propun acum o ipoteză complet nouă: razele gamma pot elibera neutroni din materia stelelor muribunde.
Exploziile gamma
Scenariul descris de cercetători pornește de la moartea unei stele masive. Când aceasta își epuizează combustibilul, nucleul său se prăbușește sub propria gravitație, formând o gaură neagră. Acest colaps poate declanșa o explozie de raze gamma — fascicule extrem de intense de radiații.
Dacă gaura neagră se rotește rapid, poate genera un un jet astrofizic intens, compus din particule și fotoni de energie înaltă. Acest jet lovește învelișul exterior al stelei, creând o „cocon” fierbinte de materie. În această zonă, fotonii pot transforma protonii în neutroni într-un timp extrem de scurt — mai puțin de o nanosecundă — și pot fragmenta nucleele atomice, eliberând neutroni liberi care contribuie la formarea elementelor grele.
„Dacă ai fotoni energetici, poți obține neutroni, iar cu neutroni, poți crea elemente grele,” a explicat Mumpower.
O revelație inspirată de... un videoclip cu trenuri
Inspirat de o seară petrecută cu copiii în pandemie, uitându-se la videoclipuri cu trenuri care străpung munți de zăpadă în slow-motion, Mumpower a avut o revelație:
„Ce-ar fi dacă trenul ar reprezenta jetul astrofizic plin cu fotoni energetici, iar zăpada ar fi steaua care este pulverizată, formând coconul fierbinte care generează neutroni?”
Această analogie a fost revelația care a dus la începerea noului studiu.
O nouă perspectivă asupra unor descoperiri ciudate
Acest mecanism propus ar putea explica prezența misterioasă a unor izotopi radioactivi — precum fier-60 și plutoniu-244 — găsiți împreună în sedimentele adânci ale oceanelor Pământului. Precedentele ipoteze extraterestre nu se potriveau cu scenariile clasice de formare a acestor elemente, cum ar fi coliziunile dintre stele neutronice.
Descoperirea recentă a unei kilonove (o strălucire în spectrul vizibil și infraroșu asociată cu formarea elementelor grele) în legătură cu o explozie de raze gamma de lungă durată susține, de asemenea, această teorie. Până de curând, kilonovele erau asociate doar cu ciocnirea stelelor neutronice sau cu fuziunea acestora cu găuri negre, nu cu prăbușirea stelelor masive.
Mumpower speră că viitoarele observații astronomice vor putea confirma această teorie. Combinarea datelor provenite de la telescoape optice, detectoare de unde gravitaționale și neutrino ar putea oferi dovada că aceste procese chiar au loc în Univers.
„Această cercetare îmbină fizica nucleară, astrofizica și imaginația pură,” a spus Mumpower.
Studiul a fost publicat online pe 20 martie în The Astrophysical Journal.
