Výheň pro tvorbu těžkých prvků. Kredit: Los Alamos National Laboratory.

Jak jistě každý ví, mnohé atomy, které tvoří naše těla, vznikly v monumentální pohřební hranici velikých hvězd, ať už kvůli stáří nebo po brutální srážce. I když rámcově tušíme, co se děje, reálný průběh stvoření těžkých prvků periodické tabulky zůstává jedním z nejtrýznivějších problémů dnešní fyziky.

Los Alamos (1995). Kredit: Los Alamos National Laboratory, Wikimedia Commons.

Fyzik Matthew Mumpower z Los Alamos National Laboratory a jeho kolegové se při odkrývání mechanismů vzniku těžkých prvků odvážili tam, kam se dosud žádný vědec nevydal. Do ohromujícího výtrysku gama záření a přízračného kokonu, který obklopuje zhroucené masivní hvězdy.

Mumpower a spol. navrhují, že vysokoenergetické fotony, které vznikají hluboko uvnitř výtrysku, mohou svým působením rozpustit vnější vrstvy umírající hvězd a uvolnit množství neukleonů, tedy protonů s neutrony. Jde o takzvané fotohadronické interakce, které, jak fyzici předpokládají, probíhají ve zmíněném výtrysku a kokony, který obklopuje hroutící se hvězdu. Tím by se spustily procesy, které vyústí do vzniku těžkých prvků.

Jak k tomu lakonicky dodává Mumpower, vznik extrémních prvků jako je uran a plutonium vyžaduje extrémní podmínky. Ve vesmíru, pokud víme, existuje jen několik situací, v nichž mohou vznikat hodně těžké prvky. Všechny tyto scénáře podle Mumpowera vyžadují značné množství neutronů. S kolegy představují nový scénář, kdy neutrony neexistují dlouho před vznikem těžkých prvků, ale produkuje je umírající hvězda.

Volné neutrony mají dost krátký poločas rozpadu, jen asi 15 minut. To je z hlediska vesmíru jen okamžik. To samozřejmě omezuje scénáře pro vznik těžkých prvků, které vyžadují velké množství dostupných elektronů.

Logo. Kredit: Los Alamos National Laboratory.

Nejtěžší prvky ve vesmíru, pokud víme, vznikají takzvaným r – procesem (Rapid neutron capture proces), kdy atomová jádra proplouvají oceánem neutronů a v jednu chvíli se do nich propasíruje skupina neutronů, čímž vznikne atom velmi těžkého prvku. Tímto způsobem by měly vznikat atomy thoria, uranu, plutonia a podobných prvků.

Pokud mají Mumpowers kolegy pravdu a vysokoenergetické fotony „rozpouštějí“ atomová jádra hvězdného materiálu za vzniku neutronů, mohly by tyto neutrony zaplavit r – proces a zesílit vznik těžkých prvků. Badatelé spočítali, že interakce fotonů s atomovými jádry může generovat neutrony nesmírně rychle, v řádu nanosekund. Mumpowers a spol. na tom hodlají dělat dál a důkladně to simulovat, k čemuž budou určitě nutné superpočítače.

Video: JINA-CEE Online Seminar - Mathew Mumpower - Nuclear properties from r-process abundances

Video: Astro Alchemy: Where Rare Elements Come From

Literatura

Los Alamos National Laboratory 25. 3. 2025.

Astrophysical Journal 982: 81.