Těžké prvky vesmíru vznikají ve výhni supernov a srážek neutronových hvězd. Kredit: Dana Berry / Skyworks Digital, Inc.

Některé prvky jsou ve vesmíru běžné, jiné jsou zase vzácné. A některé z těch vzácných a mnohdy velmi zajímavých, jako je třeba zlato, stříbro nebo platina, už dlouhá desetiletí trápí fyziky mechanismem svého vzniku. Moc mu totiž nerozumíme. Jde o pochody vzniku nejtěžších přirozených prvků, které jsou známé pod souhrnným označením proces r (anglicky r-process, r jako rapid, čili rychlý, prudký). Jednoduše řečeno, proces r je překotná varianta hvězdné nukleosyntézy, při které je pohlcování neutronů vznikajícími atomovými jádry tak rychlé, že se nestabilní jádra nestíhají rozpadnout před pohlcením dalších neutronů.

Anna Frebel. Kredit: A. Frebel.

Podle Anny Frebel z fyziky MIT, a také z MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research (MKI), představuje pochopení fungování procesu r jeden z nejsložitějších problémů jaderné fyziky. Jedním z důvodů je podle Frebelové to, že produkce doopravdy těžkých prvků vyžaduje tak obrovské množství energie, že je to prakticky nemožné dělat experimentálně. Frebelová ale zdůrazňuje, že když to nejde v pozemských laboratořích, tak stále ještě máme možnost použít k výzkumu procesu r samotné hvězdy a laboratoř si udělat z celého vesmíru.

Jaderní fyzici už od padesátých let minulého století vědí, že prvky tvořené procesem r, jako je třeba uran nebo olovo, mohou vznikat za hodně extrémních podmínek. Záhy dospěli k tomu, že nejnadějnější jsou v tomhle ohledu exploze gigantických hvězd v podobě supernov a srážky neutronových hvězd, které si svojí extrémností se supernovami nijak moc nezadají. Přesvědčivé důkazy z pozorování vesmíru ale doposud scházely.

Alex Ji. Kredit: A. Ji.

Frebelová a její kolegové to teď podle všeho dokázali. Analýzou záření několika nejjasnějších hvězd blízké trpasličí galaxie jménem Reticulum II, která je od nás vzdálená pouhých 100 tisíc světelných let, zjistili, že tyto hvězdy obsahují pozoruhodně obrovské množství těžkých prvků, vytvořených procesem r. Učiněný galaktický zlatý důl. Samotné hvězdy by si ale za normálního provozu tyto prvky nevyrobily. V galaxii Reticulum II se nejspíš odehrála událost, během které vzniklo velké množství prvků procesu r. Podle Frebelové a spol. to s velkou pravděpodobností byla divoká srážka dvou neutronových hvězd.

Vznik těžkých prvků v supernově. Kredit: Supernova: Akihiro Ikeshita / Particle CG: Naotsugu Mikami (NAOJ).

Prvním autorem publikace tohoto výzkumu v časopisu Nature je student Frebelové Alexander Ji, který objevil hvězdy okořeněné těžkými prvky z galaxie Reticulum II pomocí dvojice Magellanových teleskopů chilské observatoře Las Campanas. A podle všeho to musela být docela legrace. Když totiž Ji odečetl obsah prvků procesu r z první studované hvězdy, tak si nejdřív myslel, že je úplně mimo. Dlouhou dobu pak strávil ověřováním, že skutečně pozoruje tu správnou hvězdu.

Enrico Ramirez-Ruiz z Kalifornské univerzity v Santa Cruz je specialistou na srážky neutronových hvězd. Výzkum týmu Frebelové ho chytl za srdce a nemůže si jej vynachválit. Podle něj tento objev naznačuje, že se v ranné historii trpasličích galaxií odehrávaly exotické srážky neutronových hvězd, a že tyto srážky zodpovídají za nemalou část celkového množství těžkých prvků ve vesmíru.

Video:  Anna Frebel: "Searching for the Oldest Stars" - Talks at Google

Nightsky in Chile -- Observing with the Magellan Telescopes


Literatura
Kavli Foundation 10. 5. 2016, Nature 531: 610-613, Wikipedia (r-process)