Ved at bruge denne tjeneste og relateret indhold accepterer du brug af cookies til analyseformål, tilpasset indhold og reklamer.
Du bruger en ældre browserversion. Brug en understøttet version for at få den bedste MSN-oplevelse.

Ny teori: Når sorte huller spiser neutronstjerner, får vi guld

Ingeniøren's logo Ingeniøren 09-08-2017 Jens Ramskov

Det siges ofte, at vi alle stammer fra stjernestøv - forstået på den måde, at alle grundstoffer tungere end de allerletteste er dannet ved fusionsprocesser i stjerner og i forbindelse med supernovaeksplosioner spredt ud i Mælkevejen for senere bl.a. at indgå i dannelsen af Solsystemet og siden livet på Jorden.

Processerne, der fører til dannelsen af de fleste tunge grundstoffer, er i dag velkendte, men omkring dannelsen af de allertungeste som guld, platin, thorium og uran er der en række uklarheder, som i de senere år er blevet forstærket af observationer, der viser, at indholdet af sådanne grundstoffer kan variere meget i mindre dværggalakser.

Dannelse af tunge grundstoffer

I forbindelse med Universets skabelse ved Big Bang blev de helt lette grundstoffer, hydrogen og helium samt ganske små mængder af lithium dannet.

Forståelsen af dannelsen af de grundstoffer blev udviklet i midten af sidste århundrede og blev beskrevet i den klassiske artikel Synthesis of the elements of stars fra 1957.

Der er flere processer involveret, men for de tungere grundstoffer er dannelsen knyttet til indfangning af neutroner i kernen af lettere atomer. Det kan enten ske langsomt, hvor der kan gå flere hundrede eller tusinder af år mellem en atomkerne indfanger en neutron (det kaldes derfor en s-proces, hvor s står for slow) eller meget hurtigt, hvor tidsskalen skal måles i sekunder. Det er r-processen, hvor r står for rapid.

S-processen er ansvarlig for dannelsen af mange isotoper lettere end jern-56, der er den mest stabile isotop af alle. R-processen er dominerende for isotoper med massetal over 70, det vil f.eks. sige grundstoffer som guld, platin, thorium og uran.

Det skyldes, at hvis kerner ikke indfanger neutroner i hurtigt tempo, vil de hurtigt miste dem, de allerede indfangede under betahenfald, hvor en neutron i kernen omdannes til en proton og elektron - og hvorved det bliver umuligt at danne stabile atomkerner af de tungeste grundstoffer.

Læs mere om r-procesen på wikipedia.

I en artikel i Physical Review Letters præsenterer astrofysikeren George M. Fuller fra University of California, San Diego sammen med to kolleger en ny teori, der kommer med et bud på, hvordan dannelsen af de allertungeste grundstoffer kan opstå som følge af, at et mindre sort hul spiser en neutronstjerne op indefra.

Hans-Thomas Janka fra Max-Planck-Institut für Astrophysik i Garching ved München skriver i internettidskriftet Physics , at forklaringen er attraktiv, da den samtidig kan forklare en række andre astrofysiske gåder.

Hvis neutronstjerner rutinemæssigt bliver spist af små sorte huller, kan det f.eks. forklare, hvorfor der er færre pulsarer i Mælkevejens midte, end astrofysikerne ellers ville forvente ud fra andre teorier.

© Provided by Ingeniøren

Den nye model beskriver, at grundstoffer tungere end jern kan dannes og frigives i forbindelse med neutronstjerner, der spises indefra at små sorte huller, som oprindeligt er dannet i det tidlige Univers. Den deformerede stjerne afkaster store mængder ved dens ækvator under dens rotation.Tunge grundstoffer som guld og platin kan dannes ved en såkaldt r-proces (r for rapid) i det neutronrige materiale. (Grafik: APS/Alan Stonebraker)

Små sorte huller

Forklaringen må dog også siges at være spekulativ, for den baserer sig på, at der findes en lang række små sorte huller i Universet med en masse sådan cirka som de største asteroider - mere præcist i intervallet mellem 10^-14 og 10^-8 gange Solens masse.

Sådanne sorte huller kan tænkes at være dannet i forbindelse med Big Bang, og de kaldes derfor for primordiale sorte huller. Hvis de findes - og der tale om et hvis - så kan de have samme størrelse som et typisk atom.

Derfor kan de tænkes at drive rundt i Mælkevejen på må og få - uden man kan iagttage dem.

Hvis et sådant lille sort hul støder ind i en neutronstjerne, kan der dog ske løjer.

En neutronstjerne er et meget kompakt objekt med en radius omkring 10 km, der hovedsageligt består af neutroner. Den er restproduktet efter en supernovaeksplosion, hvor en hvid dværg presses yderligere sammen af sit eget tyngdefelt.

I meget sjældne tilfælde kan man forestille sig, at et primordialt sort hul rammer ind i neutronstjernen, hvor det synker ind mod midten og begynder at æde neutronstjernen op indefra.

I en pressemeddelelse beskriver George Fuller konsekvensen heraf.

»I takt med at neutronstjernen bliver fortæret, roterer den hurtigere og hurtigere, og det giver anledning til udsendelse af neutronholdigt materiale, som presses sammen og varmes op, og som fører til dannelsen af de tunge grundstoffer.«

Sjældenheden af sådanne sammenstød mellem neutronstjerner og primordiale sorte huller betyder, at der kan være stor variationer mellem antallet af gange det sker i dværggalakser, der ellers er sammenlignelige på andre parametre.

LIGO kan være med til at afgøre sagen

Hans-Thomas Janka forklarer, at denne foreslåede proces minder om en proces, som astrofysikerne Joseph Bramante og Tim Linden beskrev sidste år i en artikel i Astrophysical Journal

De havde ikke primordiale sorte huller med i deres analyse, men beskrev, hvordan potentielle partikler af mørkt stof kunne samle sig inde i en gammel neutronstjerne og danne et sort hul, som derefter kunne sætte gang i samme proces.

Janka finder begge teorier attraktive, fordi de er sammenhængende og kan forklare flere observationer, men han anfører dog også, at man kan tænke sig andre forklaringer. Så foreløbig står vi kun med en teori, som observationer i fremtiden enten må afkræfte eller understøtte.

Det er Fuller og hans medforfattere også klar over.

De forklarer derfor i den nye artikel, at observationer med gravitationsbølgeobservatorier som LIGO kan være med til at opklare, om denne teori virkeligt kan forklare, hvordan de allertungeste grundstoffer er dannet i Universet, eller om astrofysikerne skal komme med andre forklaringer.

Læs også: Alle gode gange tre for LIGO: Ny observation af kollision af sorte huller i en fjern galakse

Ny teori: Når sorte huller spiser neutronstjerner får vi guld © Provided by Ingeniøren Ny teori: Når sorte huller spiser neutronstjerner får vi guld

Jobopslag fra Jobfinder

image beaconimage beaconimage beacon