lauantai 20. heinäkuuta 2013

Alkemistien unelma: kuinka tehdä kultaa

Jokainen on varmasti kuullut keskiajan alkemisteistä, jotka yrittivät tehdä kultaa halvemmista materiaaleista. Kultaa ei kuitenkaan syntynyt siitä yksinkertaisesta syystä, että kemiallisin keinoin sitä ei voi tehdä. Alkemistien suurimmaksi saavutukseksi kuitenkin jäi nykyaikaisen kemian ensiaskelien ottaminen. Mutta kullan arvoitus on säilynyt!

Hiukkasfysiikan kehityksen myötä raskaimpien alkuaineiden synty on hiljalleen paljastunut. Nykyisen käsityksen mukaan rautaa raskaammat alkuaineet ovat syntyneet supernovien räjähdyksissä prosessissa joka on nimetty neutronisieppaukseksi. Teoria toimii hienosti jonkin verran rautaa raskaimmille alkuaineille tinaan asti, mutta siinä näyttäisi olevan puutteita mitä raskaimmista alkuaineista on kysymys. Kaikkein raskaimpia alkuaineita kuten kulta tai platina, uraanista nyt puhumattakaan, ei supernova näyttäisi synnyttävän lainkaan. Jotain oleellista tuntuu puuttuvan.

Nyt Harward yliopiston tutkijat, johtajanaan professori Edo Berger, uskovat pystyvänsä selittämään mm. kullan syntymisen. Sitä nimittäin syntyisi kahden neutronitähden törmätessä toisiinsa ja muuttuessa mustaksi aukoksi. Törmäys aiheuttaa erittäin lyhytaikaisen gammapurkauksen ja törmäyspaikan läheisyyteen syntyy laajeneva ainepilvi, joka näkyy joitakin tunteja ns. jälkihehkuna. Tutkijoiden analysoima 3,9 miljardin valovuoden etäisyydellä tapahtunut purkauksen (kesto oli vain 0,2 sekuntia) jälkihehkussa tapahtui hyvin raskaiden atomiytimien radioaktiivista jakaantumista.

Tavallisessa supernovaräjähdyksessä neutronitiheys on riittävä joidenkin rautaa raskaampia alkuaineiden syntymiseksi neutronisieppauksen S-prosessissa[1]. Kaikkein raskaimmat stabiilit alkuaineet kuitenkin näyttäisi jäävän syntymättä, joitakin poikkeuksia lukuun ottamatta (lyijy, joka syntyy S-prosessissa), sillä neutronitiheys ei ole riittävä R-prosessille[2].

Neutronitähtien yhteentörmäyksen neutronivuon tiheys on riittävän suuri R-prosessille, jossa syntyy hyvin raskaita radioaktiivisia alkuaineita. Näiden jakaantumisessa syntyy kaikkein raskaimmat stabiilit alkuaineet kuten kulta ja platina.

Huomautukset

[1] Teorian mukaan rautaa raskaampia alkuaineita voi syntyä vain neutronisieppauksella, jossa atomiytimen lähietäisyyteen joutunut neutroni tulee kaapatuksi atomiytimeen. Hitaassa neutronisieppauksessa (S-prosessi) yksi atomiytimen neutroneista ehtii jakaantua protoniksi ja elektroniksi (beeta-hajoaminen) ennen kuin uusi neutroni tulee kaapatuksi samaan ytimeen. Prosessissa atomin järjestysluku protonin lisäyksen vuoksi kasvaa.

[2] Nopeassa, R-prosessissa atomiydin ehtii kaapata yhden tai useamman neutronin lisää ennen kuin ensimmäisen kaappauksen jälkeinen beeta-hajoaminen tapahtuu. R-prosessin esiintymisen edellytyksenä on riittävä neutronitiheys, jollaisen saavuttaminen edellyttää neutronitähtien yhteentörmäystä (tai hypernovan räjähdystä).


Ei kommentteja:

Lähetä kommentti