No kurienes nāk visas dzīves celtniecības materiāls?

CERN pētnieki iegūst jaunu ieskatu oglekļa evolūcijā Visumā

NGC 346 NASA, ESA, A. Nota (STScI)
lasīt skaļi

Visas organiskās dzīves Visumā, ieskaitot cilvēku, pamatakmens ir oglekļa elements. Bet no kurienes viņš nāk? Zinātnieki tagad ir parādījuši jaunu gaismu primārajai reakcijai, kas izraisa oglekļa veidošanos zvaigznēs. Šī tā saucamā "trīskāršās alfa reakcija" tiek uzskatīta par visa oglekļa avotu kosmosā.

CERN un astoņu Eiropas universitāšu un institūtu zinātnieki ar jauniem eksperimentiem ir spējuši parādīt, ka oglekļa veidošanās ātrums šajā reakcijā atšķiras no iepriekš pieņemtā. Tas ietekmē daudzus astrofizikas aspektus, sākot ar pirmo zvaigžņu veidošanos un beidzot ar vissmagāko elementu veidošanos supernovās.

"Saikne starp subatomisko pasauli un kosmosu ir aizraujoša. Oglekļa piemērs ir sena problēma, kuru jau ir risinājuši daudzi šīs pētniecības jomas “varoņi”, "skaidro Hanss Fynbo no Orhūsas universitātes. "Ir patīkami, ka varam atbildēt uz dažiem jūsu uzdotajiem jautājumiem."

Astrofiziķi pieļauj, ka sākotnēji lielajā sprādzienā sākotnēji veidojās tikai gaišie elementi - ūdeņradis (masa 1) un hēlijs (masa 4), jo nebija ilgstošu atomu kodolu ar masu 5 un 8, kas varētu pārvērst oglekli ar smagākiem elementiem. Tomēr zvaigžņu centrā oglekļa veidošanās caur trīskāršās alfa reakciju ir iespējama. Trīs hēlija kodoli saplūst, veidojot 12 oglekļa kodolu.

Tā vietā, lai atkārtotu ekstremālos apstākļus zvaigžņu iekšienē, CERN zinātnieki un viņu kolēģi apskatīja apgriezto reakciju: Oglekļa-12 serdeņu sadalīšana trīs alfa daļiņās. Šim nolūkam viņi vispirms ražoja īslaicīgus izotopus Boron-12 un Slāpeklis-12. Šie nestabilie kodoli ātri sadalījās oglekļa-12, pārveidojot protonu neitronā un otrādi. Ogleklis-12 savukārt sadalījās trīs alfa daļiņās. displejs

Noteiktais oglekļa kodolu enerģētiskais stāvoklis

Pētnieki reģistrēja no paraugiem atbrīvoto alfa daļiņu ātrumu un enerģiju, un tāpēc viņi varēja secināt oglekļa kodolu enerģētisko stāvokli tieši pirms to sabrukšanas. Pēc šīs informācijas viņi noteica trīskāršās alfa procesa ātrumu plašā temperatūru diapazonā no 0, 01 līdz 10 miljardiem Kelvina - tātad apstākļiem lielākajā daļā Visuma zvaigžņu.

Viņu rezultāti norāda, ka relatīvi zemā temperatūrā pirmajās zvaigznēs, kas joprojām nesatur oglekli, trīskāršās alfa likme bija ievērojami ātrāka, nekā tika domāts iepriekš. Tādējādi ogleklim, kas pēc neilga laika vēlāk stimulēja ūdeņraža sadegšanu pirmajās zvaigznēs, ir jārodas gandrīz divreiz ātrāk, nekā gaidīts.

Tomēr augstās temperatūrās, kas pārsniedz vairāk nekā miljardu Kelvina, trīskāršās alfa process darbojas daudz lēnāk, nekā iepriekš tika lēsts, mainot priekšstatu par elementu ražošanas procesu supernovās. Šie seno masīvo zvaigžņu sprādzieni ir galvenais smago elementu avots Visumā.

(CERN, 17.01.2005. - NPO)