Neutroncsillagok összeolvadásából jön létre az arany

A nehéz elemek többsége a csillagokban zajló nukleáris fúziók eredményeként jön létre. A Napban egyelőre a hidrogén fúziója folyik, a folyamatban jelentős energiafelszabadulás mellett hélium keletkezik. A nagyobb tömegű csillagokban, amint a hidrogén mennyisége egy bizonyos szint alá csökken, a magban beiindul a hélium fúziója is, ebből szén jön létre. Az egyre nehezebb elemek begyulladásával a csillagkohókban egészen a vasig alakulhatnak ki a periódusos rendszer tagjai.

Mivel a vasban a legnagyobb (abszolút értékben) az egy nukleonra eső kötési energia, a további fúzió már nem jár energiafelszabadulással, így a vasnál is nehezebb elemeknek más folyamatok során kell létrejönniük. A nehéz elemek körülbelül felének a kialakulási módja régi probléma. A legnépszerűbb magyarázat az, hogy ezek szupernóva-robbanások során fellépő, különleges fizikai körülmények között végbemenő folyamatok eredményei. Az újabb modellek azonban nem támasztják alá ezt az elképzelést.

Az MPIA és a Free University of Brussels kutatói részletes számítógépes szimulációk segítségével vizsgálták két, kettős rendszert alkotó neutroncsillag összeolvadásának folyamatát, melynek során nagy neutronsűrűség alakulhat ki. A szimulációk alapján néhány másodperccel az összeolvadás után az árapályerők és a nyomás néhány jupitertömegnyi nagyon forró anyagot dobnak ki a rendszerből. Amint ez a plazmaszerű anyag 10 milliárd fok alá hűl, nehéz elemeket eredményező nukleáris reakciók indulnak be benne. Ezek különböző, szupernehéz elemek hasadását is magukban foglaló reakcióláncokban többször is reciklálódnak, így a végső elemgyakoriság-eloszlás független lesz az összeolvadási modell kiindulási feltételeitől.

A számítások azt jelzik, hogy a nehéz elemek gyakorisági eloszlása nagyon hasonló lesz a Naprendszerben megfigyelthez. Ezt kombinálva a Tejútrendszerben a múltban bekövetkezett neutroncsillag-összeolvadások becsült számával, az eredmény azt támasztja alá, hogy valóban ilyen események lehetnek az univerzum nehézelem-tartalmának fő forrásai. A kutatócsoport most a modell finomításán dolgozik. Megfigyelési oldalról a legfontosabb mozzanat a radioaktív anyag kidobódásának észlelése lenne egy összeolvadási folyamat során.