Kernsplijting in de ruimte: nieuwe studie modelleert het voorkomen ervan

Nieuwe wetenschappelijke modellen suggereren dat kernsplijting een sleutelrol zou kunnen spelen bij de vorming van zware elementen in het universum, een idee dat, als het waar is, het eerste voorbeeld zou zijn van kernsplijting in de ruimte.

Het onderzoek, beschreven in het artikel Donderdag gepubliceerd In het peer-reviewed tijdschrift Science werd gevonden dat de niveaus van sommige elementen die gevonden worden in de fusies van sommige sterren consistent zijn met de theorie dat ze bijproducten zouden kunnen zijn van splijting die zwaardere elementen voortbrengt.

‘Mensen dachten dat er splijting plaatsvond in het universum, maar tot nu toe had niemand dit kunnen bewijzen’, zegt Matthew Mumbauer, theoretisch natuurkundige aan het Los Alamos National Laboratory en co-auteur van het artikel. Dat zei hij in een persbericht.

Kernsplijting is het proces waarbij een neutron in botsing komt met een groter atoom en dit splitst, waarbij energie en extra neutronen vrijkomen, en mag niet worden verward met kernfusie, waarbij zeer hete atomen met elkaar botsen en zich combineren om één enkel, zwaarder atoom te vormen. resulterend in kernsplijting. Van de enorme hoeveelheid energie die overblijft in dit proces.

Kernfusie is meer dan alleen een veel voorkomend verschijnsel in de ruimte; het is het hart dat elke ster aandrijft. Een ster wordt geboren wanneer ballen van draaiend gas zo groot en heet worden dat atomen die tot meer dan 10 miljoen graden Celsius worden verwarmd, hun elektrische afstoting kunnen overwinnen en kunnen botsen.

Maar terwijl kernsplijting op aarde is aangewend voor gebruik in kernreactoren, waar de hitte van kernsplijting water kookt om stoom te genereren om energieturbines te laten draaien, en bij kernwapens wordt alleen getheoretiseerd dat dit in de ruimte voorkomt.

Deze studie vond bewijs van kernsplijting in de ruimte door onderzoek te doen naar het zogenaamde snelle neutronenvangstproces, of R-proces.

Chemische elementen die zwaarder zijn dan ijzer staan ​​bekend als “zware elementen”, die worden gecreëerd door het r-proces. Dit proces vindt plaats tijdens een botsing van een neutronenster, of soms tijdens een supernova van een ster, en houdt in dat de zaadkern in botsing komt met zoveel neutronen tegelijk dat ze zich ophopen tot een zwaar element voordat de componenten de kans krijgen om radioactief te vervallen in lichtere elementen.

Maar hoewel wetenschappers al tientallen jaren een idee hebben van hoe het r-proces werkt en wat het doet, blijft ons begrip van hoe sommige van de zwaardere zware elementen ontstaan ​​mysterieus.

In deze studie keken de onderzoekers naar de overvloed aan elementen in een steekproef van sterren waarin het r-proces plaatsvond, om een ​​beter idee te krijgen van wat er tijdens dit proces gebeurt.

Ze ontdekten dat de hoeveelheid elementen, waaronder ruthenium, rhodium, palladium en zilver, die allemaal als lichtere elementen worden beschouwd, verband houdt met de overvloed aan zwaardere elementen, waarbij de hoeveelheid van de ene groep toeneemt wanneer het overeenkomstige element van de andere groep toeneemt.

Het team gebruikte modellen om te testen wat dit patroon zou kunnen verklaren, en vond slechts één logisch antwoord: kernsplijting.

‘De enige plausibele manier waarop dit tussen verschillende sterren zou kunnen gebeuren, is als er een consistent proces aan het werk is tijdens de vorming van zware elementen,’ zei Mumpower.

“Dit is ongelooflijk diepgaand en het eerste bewijs van splijting in het universum, en bevestigt de theorie die we vele jaren geleden hebben voorgesteld. Naarmate we meer waarnemingen krijgen, zegt het universum: er is hier een signatuur, en die kan alleen voortkomen uit splijting.”

Mumpower, die de splijtingsmodellen ontwikkelde die de observatieresultaten stuurden, voorspelde eerst dat het r-proces de distributie van splijtingsfragmenten in 2020 zou kunnen omvatten. Later dat jaar leidde Nicole Fache, co-auteur van dit nieuwe artikel, een onderzoek dat suggereerde dat co -productie om lichtere elementen te combineren met zwaardere elementen tijdens het R-proces, een concept dat het raamwerk vormde voor het testen van deze theorieën.

Hoofdauteur van het onderzoek uit december, Ian Roederer, bouwde voort op eerder onderzoek door naar observatiegegevens van 42 sterren te kijken om correlaties te vinden die eerder waren voorspeld.

“De correlatie is zeer sterk in r-enhanced sterren waar we voldoende gegevens over hebben. Elke keer dat de natuur een zilveratoom produceert, produceert het ook zeldzame aardkernen die een fractie zwaarder zijn. De vorming van deze elementclusters is in volle gang.” Mumpower zei: “We hebben aangetoond dat er maar één mechanisme hiervoor verantwoordelijk kan zijn – splijting – en mensen denken hier al sinds de jaren vijftig over na.”

Het onderzoek werd gefinancierd via het Laboratory Directed Research and Development Program van het Los Alamos National Laboratory (LANL), een federaal gefinancierd laboratorium met een missieverklaring gericht op het oplossen van nationale veiligheidsproblemen. Volgens de website van het Amerikaanse ministerie van Energie voert het laboratorium onderzoek uit “ter ondersteuning van de voorraad kernwapens”, evenals theoretisch en toegepast onderzoek in verschillende disciplines, waaronder onder meer milieuwetenschappen, natuurkunde en gezondheid.

Geboorte van een zwaar element

Een andere bevinding van dit onderzoek is dat het mogelijk is dat er zwaardere elementen zijn dan de elementen die we momenteel kennen.

Het onderzoek geeft aan dat er chemische elementen bestaan ​​met een atoommassa hoger dan 260. Atoommassa is het aantal protonen plus neutronen binnen een element, en hoewel er enkele elementen boven de atoommassadrempel zijn geïdentificeerd, geeft dit nieuwe onderzoek aan dat elementen hoger dan deze atoommassa kan worden geproduceerd.Regelmatig in procesgebeurtenissen.