Pierwsze gwiazdy produkowały nieznane nauce pierwiastki. To zmienia wszystko, co wiemy o Wszechświecie

W historii Wszechświata pierwsze gwiazdy odegrały rolę kosmicznych alchemików. Te gigantyczne obiekty, trzysta razy masywniejsze od naszego Słońca, były prawdziwymi laboratoriami pierwiastków chemicznych. Najnowsze badania przeprowadzone przez naukowców z Lawrence Livermore National Laboratory rzucają zupełnie nowe światło na te pradawne procesy, sugerując, że pierwsze gwiazdy mogły tworzyć pierwiastki znacznie cięższe niż wszystko, co znamy obecnie na Ziemi.

Początki Wszechświata były niezwykle proste pod względem chemicznym - istniały właściwie tylko dwa pierwiastki: wodór i hel. To właśnie z nich zbudowane były pierwsze gwiazdy, prawdziwe kosmiczne bestie, których nie możemy już obserwować w dzisiejszym Wszechświecie. W ich wnętrzach rozpoczął się fascynujący proces tworzenia wszystkich cięższych pierwiastków, z których zbudowany jest otaczający nas świat.

Przełomowe odkrycie zespołu z Lawrence Livermore National Laboratory opiera się na szczegółowej analizie składu chemicznego 42 gwiazd w naszej galaktyce, Drodze Mlecznej. Naukowcy znaleźli coś, czego się nie spodziewali - anomalie w występowaniu pewnych pierwiastków, takich jak srebro i rod. Ich obecność nie da się wytłumaczyć znanymi nam procesami nukleosyntezy.

Dane sugerują coś znacznie bardziej ekscytującego - te pierwiastki mogą być pozostałościami po rozpadzie super ciężkich jąder atomowych, o masie przekraczającej 260 jednostek masy atomowej. Dla porównania, uran-238, najcięższy naturalnie występujący pierwiastek na Ziemi, ma masę atomową 238 jednostek. Oznacza to, że pierwsze gwiazdy mogły być fabrykami pierwiastków znacznie cięższych niż wszystko, co znamy obecnie.

Image

W świecie fizyki jądrowej znamy kilka procesów tworzenia ciężkich pierwiastków. Najważniejszy z nich to tak zwany proces r (od angielskiego rapid - szybki), w którym jądra atomowe szybko wychwytują neutrony. To właśnie w tym procesie powstaje uran podczas wybuchów supernowych i zderzeń gwiazd neutronowych. Istnieją także procesy p i s, ale żaden z nich nie jest w stanie wytworzyć tak ciężkich pierwiastków, jakie musiały istnieć w pierwszych gwiazdach.

Co sprawia, że pierwsze gwiazdy były tak wyjątkowe? Odpowiedź leży w ich ogromnej masie i unikalnym składzie chemicznym. Składając się wyłącznie z wodoru i helu, były one w stanie osiągać temperatury i gęstości znacznie wyższe niż współczesne gwiazdy. To stworzyło idealne warunki dla procesu r, umożliwiając powstanie super ciężkich pierwiastków.

Odkrycie to ma fundamentalne znaczenie dla naszego rozumienia historii chemicznej Wszechświata. Sugeruje, że już na samym początku istnienia kosmosu powstawały pierwiastki znacznie cięższe niż te, które znamy obecnie. Te pradawne super ciężkie pierwiastki, choć dawno już się rozpadły, zostawiły ślady w postaci lżejszych pierwiastków, które znajdujemy dziś w gwiazdach.

To fascynujące odkrycie rodzi wiele pytań. Jak dokładnie wyglądał proces tworzenia tych super ciężkich pierwiastków? Czy możliwe jest, że niektóre z nich wciąż istnieją gdzieś w odległych zakątkach kosmosu? Jak wpłynęły one na ewolucję chemiczną Wszechświata?

Badania te pokazują również, jak wiele jeszcze możemy się nauczyć o wczesnym Wszechświecie, badając skład chemiczny współczesnych gwiazd. Każda gwiazda jest swoistym archiwum, przechowującym informacje o procesach, które zachodziły miliardy lat temu.

Odkrycie to może mieć również praktyczne znaczenie dla współczesnej fizyki jądrowej. Zrozumienie, jak pierwsze gwiazdy tworzyły super ciężkie pierwiastki, może pomóc w projektowaniu eksperymentów mających na celu syntezę nowych pierwiastków w laboratorium.