Ακόμα και 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 και ακόμη και ο ανθρώπινος μεταβολισμός θα ήταν αλλιώς ανύπαρκτα.
Οι επιστήμονες αναρωτιούνται εδώ και καιρό πώς προέκυψαν και εξαπλώθηκαν αυτά τα στοιχεία στο σύμπαν μας.
Νέα έρευνα διαπίστωσε ότι τα βαρύτερα στοιχεία από σίδηρο έως ουράνιο μπορεί να έχουν σχηματιστεί μέσω εκρήξεων σε έναν σπάνιο τύπο άστρου που ονομάζεται magnetar. Τα magnetars, τα οποία υπάρχουν από την εποχή πριν από τη δημιουργία του ηλιακού συστήματος, θα μπορούσαν να είναι μια πρώιμη πηγή πολύτιμων μετάλλων – όπως ο χρυσός – στον πλανήτη μας, σύμφωνα με τη μελέτη που δημοσιεύθηκε την Τρίτη στο Astrophysical Journal.
«Αν σκεφτείτε τα βασικά συστατικά από τα οποία είναι φτιαγμένα τα πάντα, είναι απλά νετρόνια, πρωτόνια, ηλεκτρόνια», δήλωσε ο Anirudh Patel, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. «Το ερώτημα είναι πώς η φύση σφυρηλατεί αυτά τα βασικά δομικά στοιχεία στην πολύπλοκη ύλη που βλέπουμε γύρω μας».
Ερευνώντας το σύμπαν
Με την πάροδο των ετών, οι επιστήμονες έχουν καταλήξει σε έναν κατάλογο απαιτήσεων για το τι μπορεί να οδηγήσει στη δημιουργία των βαρέων μετάλλων: πρώτον, πολλά νετρόνια και πρωτόνια σε μια πυκνή περιοχή που μπορούν να συγκρουστούν μεταξύ τους. Δεύτερον, χρειάζονται πολύ περισσότερα νετρόνια από πρωτόνια- διαφορετικά τα πρωτόνια θα απωθούνται μεταξύ τους και οι εσωτερικοί δεσμοί μέσα στον πυρήνα θα διαλυθούν.
Μια προφανής απάντηση (αν είστε αστροφυσικός) είναι τα αστέρια νετρονίων. Είναι το πιο πυκνό αντικείμενο που είναι γνωστό στο σύμπαν μας και κυριολεκτικά γεμάτο νετρόνια. Όταν ένα τεράστιο άστρο υφίσταται μια έκρηξη σουπερνόβα και καταρρέει ο πυρήνας του, ο εναπομείνας καταρρέων πυρήνας είναι το άστρο νετρονίων. Μπορεί να έχει περίπου τη διπλάσια μάζα από τον ήλιο μας, αλλά συμπιέζεται σε ένα αντικείμενο με μέγεθος περίπου όσο η Ουάσιγκτον, αναφέρει δημοσίευμα της Washington Post.
«Αν διαταράξετε το αστέρι νετρονίων, έχετε πλέον απελευθερώσει την πιο πυκνή ύλη στο σύμπαν που αποτελείται κυρίως από νετρόνια», δήλωσε ο Eric Burns, συν-συγγραφέας της μελέτης και αστροφυσικός στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Λουιζιάνα.
Το 2017, οι επιστήμονες εντόπισαν για πρώτη φορά δύο αστέρια νετρονίων να συγχωνεύονται, τα οποία αποδείχθηκαν ότι ήταν ένα πραγματικό εργοστάσιο μετάλλων. Η ποσότητα χρυσού που δημιουργήθηκε από το γεγονός ήταν αρκετές φορές μεγαλύτερη από τη μάζα της Γης.
«Αυτή ήταν πραγματικά η πρώτη φορά που μπορέσαμε να επιβεβαιώσουμε παρατηρησιακά ότι αυτά τα βαριά στοιχεία μπορούν να παραχθούν κατά τη συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων», δήλωσε ο Patel, διδακτορικός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια.
Αλλά οι συγχωνεύσεις αστέρων νετρονίων δεν θα μπορούσαν να είναι η μόνη πηγή, είπε. Πρώτον, αυτά τα γεγονότα συμβαίνουν σχετικά αργά στη γαλαξιακή ιστορία, γεγονός 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.
Καραδοκώντας στην άβυσσο του διαστήματος, μια άλλη πιθανή πηγή ήρθε στο φως – κυριολεκτικά.
Οι φωτεινές εκρήξεις και ο χρυσός
Τα αστέρια νετρονίων υπάρχουν σε διάφορες εκδοχές. Πάρτε ένα βασικό αστέρι νετρονίων, τοποθετήστε πάνω του το πιο ακραίο μαγνητικό πεδίο και θα έχετε ένα magnetar. Τώρα, παρακολουθήστε την έκρηξη αυτού του magnetar. Αυτή η έκρηξη, υποψιάστηκε η ομάδα, θα ήταν πιθανώς αρκετή για να δημιουργήσει τεράστια χρυσού.
«Παίρνετε το πιο πυκνό αντικείμενο στο σύμπαν, τα ισχυρότερα μαγνητικά πεδία και το διαλύετε», δήλωσε ο Burns. «Αυτή η απελευθέρωση ενέργειας είναι τεράστια».
Τα magnetars είναι σπάνια στο σύμπαν, αλλά εκρήγνυνται αρκετά συχνά και πιστεύεται ότι υπήρχαν από νωρίς στον γαλαξία μας – εμφανίζονται νωρίτερα και συχνότερα από τα γεγονότα συγχώνευσης αστέρων νετρονίων. Αλλά οι επιστήμονες έπρεπε ακόμη να παρατηρήσουν αν μια γιγαντιαία έκλαμψη magnetars θα μπορούσε να δημιουργήσει βαρέα μέταλλα.
Μόνο τρεις από αυτές τις εντυπωσιακές «γιγάντιες εκλάμψεις magnetars» έχουν καταγραφεί τα τελευταία 60 χρόνια, αλλά το πιο μεγάλο γεγονός παρατηρήθηκε το 2004. Ένα magnetar ξέσπασε με τόση ενέργεια που επηρέασε την ιονόσφαιρα της Γης, παρόλο που βρισκόταν 30.000 έτη φωτός μακριά.
«Μια έκλαμψη ουσιαστικά από την άλλη πλευρά του γαλαξία μας κατάφερε να έχει τόσο μεγάλο αντίκτυπο στη Γη», δήλωσε ο Brian Metzger, συν-συγγραφέας της μελέτης και αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια. Η έκλαμψη «ήταν ίσως το πιο φωτεινό ηλεκτρομαγνητικό πράγμα που έχουμε δει ποτέ έξω από το ηλιακό μας σύστημα».
Το magnetar εξέπεμψε μια ισχυρή έκρηξη φωτός. Αλλά επίσης εκτόξευσε υλικό από την επιφάνεια του αστέρα νετρονίων.
Καθώς το υλικό από το αστέρι εκτοξεύτηκε, επεκτάθηκε και ψύχθηκε, ο Patel είπε ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια ουσιαστικά ανασυνδυάστηκαν για να σχηματίσουν όλο και βαρύτερα στοιχεία όπως ο χρυσός, η πλατίνα και το ουράνιο – μια διαδικασία που ονομάζεται ταχεία σύλληψη νετρονίων. Καθώς παράγονται αυτά τα βαριά στοιχεία, είναι ραδιενεργά και ασταθή. Στη συνέχεια διασπώνται στις σταθερές μορφές τους, απελευθερώνοντας ενέργεια με τη μορφή ακτίνων γάμμα κατά τη διαδικασία.
Ο Patel και η ομάδα του προέβλεψαν ποια στοιχεία μπορεί να παρήχθησαν και τη συνολική ποσότητα ενέργειας ακτίνων γάμμα που απελευθερώθηκε από τα στοιχεία που διασπάστηκαν. Όταν η ομάδα είδε τα πραγματικά δεδομένα των ακτίνων γάμμα από την έκλαμψη, έμεινε έκπληκτη με το πόσο πολύ ταίριαζαν οι προβλέψεις της με την παρατήρηση. Η έκλαμψη παρήγαγε μια τεράστια ποσότητα βαρύτερων στοιχείων, που ξεπέρασε τη μάζα του Άρη.
Συνολικά, όλες οι γιγάντιες εκλάμψεις magnetars θα μπορούσαν να συνεισφέρουν από 1 έως 10% όλων των στοιχείων βαρύτερων από το σίδηρο στο γαλαξία, διαπίστωσε η ομάδα. Οι συγχωνεύσεις αστέρων νετρονίων συμβάλλουν επίσης, αλλά αυτό πιθανώς αφήνει ακόμα ένα κενό για να εξηγήσει τις υπόλοιπες ποσότητες βαρέων μετάλλων.
Οποιαδήποτε περαιτέρω εξερεύνηση θα απαιτήσει συνεχείς επενδύσεις, δήλωσε ο Patel. Ένα μεγάλο άλμα θα μπορούσε να γίνει με την πιθανή εκτόξευση το 2027 του Compton Spectrometer and Imager (COSI) της NASA, ενός τηλεσκοπίου ακτίνων γάμμα που θα είναι σε θέση να εντοπίσει μεμονωμένα στοιχεία που σχηματίζονται από γεγονότα όπως οι γιγάντιες εκλάμψεις μαγνητών.
«Θέλουμε τελικά να ολοκληρώσουμε την εικόνα της προέλευσης των βαρέων στοιχείων», δήλωσε ο Patel, ο οποίος δήλωσε ότι η έρευνά του ενσωμάτωσε γνώσεις και πόρους από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, τη NASA και το Υπουργείο Ενέργειας, μεταξύ άλλων. «Υπάρχουν και άλλες αστροφυσικές περιοχές που παράγουν βαρέα στοιχεία εκεί έξω, τις οποίες δεν έχουμε ακόμη ανακαλύψει».
VIA: in.gr
