Een internationaal team van onderzoekers heeft ontdekt dat oude sterren in staat zijn om elementen te produceren met een atoommassa van meer dan 260 – zwaarder dan alle elementen in het periodiek systeem dat van nature op aarde voorkomt (Science). Sterren zijn ‘fabrieken’, waarin voortdurend elementen samensmelten of uit elkaar vallen tot zwaardere, respectievelijk lichtere elementen.
Met ‘licht’ en ‘zwaar’ wordt de atoommassa van de elementen bedoeld.
Deze massa komt ruwweg overeen met het aantal protonen en neutronen dat in de kern van één atoom van een element voorkomt. Van de zwaarste elementen is alleen bekend dat ze in neutronensterren worden geproduceerd via een proces dat snelle neutronenvangst of het ‘r-proces’ wordt genoemd. Stel je een enkele atoomkern voor die in een ‘soep’ van neutronen drijft. Plotseling komen er in zeer korte tijd – meestal in minder dan een seconde – een heleboel van die neutronen aan de kern vast te zitten, om vervolgens een aantal neutron-naar-protontransities te ondergaan, en voila: er ontstaat een zwaar element als goud, platina of uranium.
Om elementen te maken die zwaarder zijn dan bijvoorbeeld lood en bismut moet je heel snel veel neutronen toevoegen, maar daar heb je veel energie en veel neutronen voor nodig.
En de beste plek om beide te vinden is bij de geboorte of dood van een neutronenster, of bij een botsing tussen twee neutronensterren. Astronomen weten in grote lijnen wel hoe het r-proces werkt, maar de omstandigheden waaronder dit proces verloopt zijn nogal extreem.
Op welk soort plaatsen in het heelal het r-proces kan plaatsvinden, hoe het r-proces eindigt en hoe zwaar het daarbij gevormde element kan worden is onduidelijk.
Om daar meer inzicht in te krijgen, heeft het team nog eens de hoeveelheden zware elementen in 42 goed onderzochte sterren in de Melkweg onder de loep genomen. Van deze sterren was al bekend dat ze zware elementen bevatten die zijn gevormd door het r-proces in eerdere generaties sterren.
Door te meten hoeveel van elk zwaar element deze sterren tezamen bevatten, in plaats van elke ster afzonderlijk, ontdekte ze patronen die nog niet eerder waren opgemerkt. Deze patronen wijzen erop dat sommige elementen die zo’n beetje halverwege het periodiek systeem staan – zoals zilver en rhodium – waarschijnlijk de overblijfselen zijn van de splijting van zware elementen.
Ook konden de onderzoekers vaststellen dat het r-proces atomen met een atoommassa van minstens 260 kan vormen voordat ze splijten. Die 260 is een interessant getal, omdat wetenschappers nog niet eerder zoiets zwaars hebben ontdekt in de ruimte of bij kernproeven op aarde. (EE) (Image Credit: NASA/Swift/Dana Berry)
