A Tejútrendszerben, Napunk szomszédságában van egy viszonylag fényes csillag, amelyben a csillagászok több kémiai elemet azonosítottak, mint bármely más csillagban a Naprendszeren kívül.

A kutatás során, amelyet a Michigani Egyetem munkatársa, Ian Roederer vezetett, összesen 65 kémiai elemet azonosítottak a HD 222925 jelű csillagban. Ezek közül 42 nehéz elem, amely a periódusos rendszer alján szerepel.

A HD 222925 jelű objektum egy 9 magnitúdó fényességű csillag, amely a déli Tukán csillagképben figyelhető meg. (Forrás: STScI Digitized Sky Survey)

Ezeknek az elemeknek az egyetlen csillagban történő azonosítása segíthet a csillagászoknak megérteni az úgynevezett gyors neutronbefogás folyamatát. Ez az egyik fő módja a nehéz elemek létrejöttének a Világegyetemben. Az eredményeket ismertető tanulmányt az Astrophysical Journal Supplement Series folyóirat fogadta el közlésre.

„Legjobb tudomásom szerint ez a Naprendszerünkön kívüli objektumok esetében abszolút rekord. Ez a csillag azért is egyedülálló, mert nagy arányban tartalmaz olyan elemeket, amelyek a periódusos rendszer alsó kétharmadába tartoznak. Még aranyat is találtunk benne.” – mondta Roederer. „Ezek az elemek gyors neutronbefogással keletkeznek. És ez az, amit tanulmányozni szeretnénk: hogyan, hol és mikor jönnek létre ezek az elemek.”

A gyors neutronbefogást „r-folyamatnak” is nevezik. Könnyebb elemekkel indul, mint például a vas. Ezután nagyon gyorsan – egy másodperces nagyságrendben – ezeknek a könnyebb elemeknek az atommagja neutronokat fog be. Így jönnek létre az olyan nehezebb elemek, mint a szelén, az ezüst, a tellúr, a platina, az arany és a tórium, amelyek a HD 222925-ben is jelen vannak. A csillagászok szerint ezek mindegyike ritkán észlelhető csillagokban.

„Nagyon sok szabad neutronra és a megfelelő, nagy energiájú környezetre van szükség ahhoz, hogy ezek felszabadulva az atommagokhoz csatlakozzanak.” – mondta Roederer. „Nincs túl sok olyan környezet, ahol ez megtörténhet – talán csak kettő.”

Az egyik ilyen ismert környezet a neutroncsillagok összeolvadásakor áll elő. A neutroncsillagok óriási csillagok összeomlott magjai, amelyek a legkisebb és legsűrűbb ismert objektumok. A neutroncsillag-kettősök összeolvadása gravitációs hullámokat indít el. A csillagászok először 2017-ben detektáltak összeolvadó neutroncsillagokból származó gravitációs hullámokat. A másik környezet, amelyben az r-folyamat beindulhat, a nagy tömegű csillagok robbanásszerű halála.

„Egy fontos lépés felismerni, hogy hol fordulhat elő r-folyamat. De sokkal nagyobb lépés megmondani, hogy tulajdonképpen mit is csinál ez az esemény, mi jön létre benne.” – mondta Roederer. „Itt jön be a mi kutatásunk.”

A kutatók által a HD 222925 jelű csillagban azonosított elemek vagy egy nagy tömegű szupernóvában vagy neutroncsillagok összeolvadásakor jöttek létre a nagyon korai Világegyetemben. Az így kilökődött anyag az űrbe került, és később olvasztotta magába az a csillag, amelyet a kutatók most vizsgáltak.

A csillagot ezután iránymutatóként használhatjuk arra, hogy mi jöhet létre ezekből az eseményekből. Bármilyen modellt is fejlesztenek ki a jövőben az r-folyamatról vagy arról, hogy a természetben miként jönnek létre a periódusos rendszer alsó kétharmadában található elemek, azoknak ugyanazokkal a jellemzőkkel kell bírniuk, mint a HD 2222925-nek, magyarázza Roederer.

A kutatók a Hubble-űrtávcső egyik műszerével dolgoztak, amely ultraibolya spektrumokat képes rögzíteni. Ez a műszer kulcsfontosságú volt abban, hogy az elektromágneses sugárzás ultraibolya tartományáról gyűjtsenek adatokat, vagyis arról a sugárzásról, amely a halvány, viszonylag hideg csillagoktól, például a HD 222925-től származik.

A chilei Las Campanas Obszervatóriumban lévő egyik Magellán-távcsővel pedig a látható tartományban rögzítették a csillag spektrumát. Ezek a spektrumok a csillagokban található elemek kémiai ujjlenyomatait tartalmazzák: általuk nemcsak azt tudhatjuk meg, milyen elemek vannak a csillagban, de azt is, hogy mennyi van belőlük.

Anna Frebel, a tanulmány társszerzője segített a csillag összetételének általános értelmezésében, és abban, hogy ez mit árul el a kozmoszban lévő elemek eredetéről. „Most már elemről elemre ismerjük a korai Világegyetemben végbement néhány r-folyamat végkimenetelét.” – mondja. „Az r-folyamattal dolgozó modelleknek képeseknek kell lenniük arra, hogy ezeket az eredményeket reprodukálják.”

A szakcikk az arXiv preprint portálon olvasható.

Forrás: University of Michigan