Zespół badaczy kierowany przez astrofizyka Sumnera Starrfielda z Uniwersytetu Stanu Arizona połączył teorię z obserwacjami i analizami laboratoryjnymi i ustalił, że określona klasa gwiezdnych eksplozji, tzw. nowe klasyczne, jest odpowiedzialna za większość litu w naszej galaktyce i w Układzie Słonecznym.

Wyniki swoich badań, naukowcy opublikowali niedawno w periodyku naukowym Astrophysical Journal.

Zważając na to jak ważny jest lit w codziennych zastosowaniach takich jak produkcja żaroodpornego szkła, ceramiki, baterii litowych oraz litowo-jonowych, dobrze jest wiedzieć skąd ten pierwiastek w ogóle pochodzi – mówi prof. Starrfield. Nie mówiąc już o tym, że dobrze jest udoskonalać swoją wiedzę o źródłach pochodzenia pierwiastków, z których zbudowani jesteśmy my sami.

Następnie badacze ustalili, że część tych klasycznych nowych, w toku ewolucji, eksploduje jako supernowe typu Ia. Eksplozje tego typu często są jaśniejsze od całych galaktyk, dzięki czemu można je dostrzec z bardzo dużych odległości.

Jako takie, wykorzystywane są one do badania ewolucji wszechświata oraz w połowie lat dziewięćdziesiątych XX wieku były tymi supernowymi, które pozwoliły na odkrycie ciemnej energii, która odpowiada za przyspieszanie ekspansji wszechświata. Jakby tego było mało, w takich eksplozjach powstaje większość żelaza w galaktyce, bardzo ważnego składnika czerwonych krwinek roznoszących tlen po całym ciele.

Klasyczne nowe

W momencie powstania wszechświata, w tzw. Wielkim Wybuchu, powstał przede wszystkim wodór, hel i niewielkie ilości litu. Wszystkie pozostałe pierwiastki, w tym także większość litu, powstały w gwiazdach.

Klasyczne nowe to klasa gwiazd składających się z białego karla (pozostałości po gwieździe o masie gwiazdy i rozmiarach Ziemi) oraz większej gwiazdy krążącej po ciasnej orbicie wokół niego.

Gaz opadający z większej gwiazdy na białego karła stopniowo się na nim akumuluje i po osiągnięciu krytycznej masy dochodzi do eksplozji. W naszej galaktyce takich eksplozji jest średnio około 50 rocznie, a najjaśniejsze z nich obserwowane są przez astronomów na całym świecie.

Symulacje, obserwacje i meteoryty

Do określenia ilości litu produkowanego w eksplozji nowej, badacze wykorzystali kilka różnych metod. W swojej pracy połączyli prognozy komputerowe tego jak lit powstaje w eksplozji, jak gaz jest w niej wyrzucany w eksplozji i jaki powinien być jego całkowity skład chemiczny. Do tego zestawu danych dorzucono wyniki obserwacji wyrzuconego w eksplozji gazu, dzięki czemu można było sprawdzić jego faktyczny skład chemiczny.

W swoich badaniach Starrfield wykorzystał własnego autorstwa kod komputerowy do symulacji eksplozji, a we współpracy z Charlesem E. Woodwardem z Uniwersytetu Minnesoty oraz Markiem Wagnerem z Obserwatorium Dużego Teleskopu Lornetkowego (LBT) w Tuscon uzyskał dane obserwacyjne dot. eksplozji nowych zarejestrowanych za pomocą teleskopów naziemnych, kosmicznych oraz teleskopu SOFIA zainstalowanego na pokładzie przystosowanego specjalnie pod to samolotu Boeing 747.

Astrofizycy jądrowi Christian Iliadis z Uniwersytetu Karoliny Północnej w Chapel Hill oraz Raphael Hix z Oak Ridge National Laboratory dostarczyli z kolei informacji o reakcjach jądrowych zachodzących w gwiazdach, które okazały się kluczowe do rozwiązania równań różniczkowych pojawiających się w trakcie projektu badawczego.

Nasze umiejętności modelowania tego skąd gwiazdy biorą swoją energię zależy od zrozumienia fuzji jądrowej, w której lekkie jądra ulegają fuzji z cięższymi, uwalniając przy tym energię – mówi Starrfield. Musieliśmy wiedzieć w jakich warunkach możemy oczekiwać takich interakcji, i co może wskutek takich interakcji powstać.

Współautor opracowania oraz kosmochemik Maitrayee Bose z ASU analizuje meteoryty i ziarna pyłu międzyplanetarnego, które zawierają drobiny skał, które powstały w różnego rodzaju gwiazdach.

Nasze wcześniejsze badania wskazywały, że niewielka część pyłu gwiezdnego w meteorytach powstała w nowych – mówi Bose. Stąd i naszym wkładem jest informacja, że rozbłyski nowych wzbogaciły obłok molekularny, z którego czasem uformował się nasz układ planetarny. Bose dodaje także, że prowadzone przez jego zespół badania przewidują powstawanie w eksplozjach nowych ziaren pyłu kosmicznego o bardzo konkretnym składzie chemicznym, który od momentu powstania nie uległ zmianie.

Mówimy o nadal trwającym projekcie badawczym, który obejmuje badania teoretyczne jak i obserwacyjne – mówi Starrfield. Pracując nad kolejnymi teoriami czekamy jednocześnie na uruchomienie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba oraz Teleskopu Nancy Grace Roman, za pomocą których będziemy w stanie obserwować nowe i dowiadywać się nowych rzeczy o początkach wszechświata.

By Radek Kosarzycki

Popularyzator astronomii. Redaktor w Spider's Web.