Supernovy a zrození nejtěžších prvků ve vesmíru

Nedávný výzkum poukazuje na to, že supernovy s běžnou obálkou jsou klíčové pro vznik prvků těžších než lanthanoidy, což reviduje dřívější názory, že primárním místem jsou splynutí neutronových hvězd. Tento objev otevírá nové cesty k pochopení vesmíru a je vodítkem pro budoucí astrofyzikální studie.

Ve studii publikované v časopise The Astrophysical Journal vědci navrhli vlastnosti procesu rychlého záchytu neutronů (r-procesu) v novém scénáři, supernovách s běžnou obálkou (common envelope jets supernovae – CEJSNe). Tato studie vrhá nové světlo na původ prvků, zejména mimo lanthanoidy.

Nové poznatky o syntéze těžkých prvků
Původ prvků těžších než železo je jednou z klíčových otázek. Při termojaderných reakcích ve hvězdách vznikají prvky až po železo, zatímco těžší prvky v tomto prostředí kvůli Coulombově odpuzování vznikat nemohou. Výbušné prostředí by však mohlo poskytnout dostatečnou teplotu a hustotu pro vznik těžkých prvků. Předpokládá se, že r-proces probíhající v takovém prostředí produkuje přibližně polovinu prvků těžších než železo.

Zpochybnění teorie splynutí neutronových hvězd
Objev gravitační vlny a jejího dosvitu z událostí splynutí neutronových hvězd GW081708 v roce 2017 poprvé jednoznačně potvrdil výskyt r-procesu. Následné studie však zpochybnily myšlenku, že splynutí neutronových hvězd je jediným místem r-procesu, protože množství lanthanoidů vzniklých při splynutí neutronových hvězd je výrazně nižší, než jaké bylo pozorováno u hvězd chudých na kovy. Klíčovou roli pro r-proces by proto měly hrát jiné lokality, jako jsou kolapsarové hvězdy a magnetohydrodynamické supernovy.

Shilun Jin z Ústavu moderní fyziky (IMP) Čínské akademie věd (CAS) a jeho spolupracovník z Technionu (Izrael) poprvé představili vlastnosti r-procesu v novém místě CEJSNe.

Představení běžných obálkových supernov (CEJSNe)
CEJSNe označuje pozůstatek neutronové hvězdy po supernově a červeného veleobra z pozdní fáze masivního binárního systému. Červený veleobr expanduje, pohlcuje neutronovou hvězdu, která se po spirále stáčí dovnitř obálky červeného veleobra a poté dovnitř jeho jádra. Jakmile neutronová hvězda vstoupí do jádra, akreční disk jí velmi rychle přidává hmotu a vznikající energetické a husté výtrysky mohou poskytnout vhodné podmínky pro nukleosyntézu v rámci r-procesu.

Vědci ukázali, že CEJSNe může produkovat největší množství prvků těžších než lanthanoidy ze všech současných scénářů r-procesu. Porovnáním log(XLa) s log(Ir/Eu), což je nová veličina ukazující relativní sílu lanthanoidů a prvků ve třetím maximu, zjistili antikorelaci mezi CEJSNe a ostatními modely r-procesu.

„Toto zjištění znamená, že hojné množství lanthanoidů a těžších prvků nemůže vzniknout během jediné události, což by bylo kritickým rysem pro další výzkum r-procesu. CEJSNe je také rozhodující pro vysvětlení charakteristik hvězd chudých na kovy s r-procesem,“ řekl Shilun Jin.

Budoucí perspektivy výzkumu syntézy prvků
Tato práce nejenže otevírá cestu k lepšímu pochopení tajů r-procesu, ale bude také vodítkem pro výzkumníky při provádění různých měření. Vzhledem k tomu, že v Číně budou brzy k dispozici exotické izotopy ze zařízení HIAF (High Intensity Accelerator Facility), očekává se, že budou odhaleny klíčové jaderné vlastnosti důležité pro r-proces v CEJSNe.

Zdroj: https://scitechdaily.com/supernova-alchemy-and-the-birth-of-the-universes-heaviest-elements/

autor: František Martinek