Shkencëtarët kanë përcaktuar se një element i rrallë i gjetur në disa nga trupat më të vjetër në sistemin diellor, si meteoritet, dhe që më parë mendohej të ishte krijuar në shpërthimet e supernovave, në fakt paraprin këto ngjarje kozmike, duke sfiduar teoritë e kahershme rreth origjinës së tij.
Shkencëtarët në Laboratorin Kombëtar Oak Ridge të Departamentit të Energjisë udhëhoqën studimet e izotopit radioaktiv berilium-10, i cili ekzistonte kur sistemi diellor u formua rreth 4.5 deri 5 miliardë vjet më parë. Ata hetuan nëse ky izotop mund të formohet në sasi të mjaftueshme gjatë shpërthimeve masive të yjeve gjigantë në vdekje të tyre, të quajtura supernova.
“Është e pamundur që një shpërthim yjor i tillë të jetë burimi kryesor për këtë izotop, pasi ai vërehet në sistemin diellor të hershëm,” tha Raphael Hix, një astrofizikan bërthamor në ORNL që mori pjesë në studimin e publikuar në revistën Physical Review C. Gjetjet “na ndihmojnë të kuptojmë historinë e sistemit diellor dhe galaktikës si tërësi.”
Shkencëtarët spekulojnë se beriliumi-10 është më tepër rezultat i asaj që njihet si spallacion nga rrezet kozmike—një ndërveprim me protonet e rastësishme dhe të gjithanshme të energjisë së lartë dhe izotopet e tjera, si karboni-12, që lëvizin në të gjitha drejtimet nëpër univers pothuajse me shpejtësinë e dritës.
Kur një yll vdes, ai nxjerr atome nga bërthama e tij në mjedisin ndëryjor, i cili është materia me dendësi të ulët që mbush hapësirën midis yjeve në një galaktikë. Procesi i bërjes së izotopeve dhe elementeve në yje quhet nukleosintezë. Përfundimisht, pjesë të mjedisit ndëryjor do të mblidhen për të formuar gjeneratën e ardhshme të yjeve dhe planetëve të tyre të lidhur. Në atë supë atomike përfshihet karboni-12, i cili herë pas here përplaset me rrezet kozmike.
Kur këto rreze me energji të lartë përplasen me atomet e karbonit-12, “ajo fjalë për fjalë e copëton bërthamën, dhe ajo që mbetet mund të përfshijë berilium-10,” tha Hix.
Rreth 4.5 miliardë vjet më parë, sistemi diellor u formua nga kolapsi i një reje të madhe molekulash të gazta, e cila krijoi një disk rrotullues materiali të njohur si nebula diellore. Për miliona vjet, graviteti shkaktoi bashkimin e materialit, duke çuar në formimin e diellit dhe të gjithë planetëve të tij.
Beriliumi-10 ka një gjysmë jetë relativisht të shkurtër—koha e marrë për gjysmën e numrit të bërthamave radioaktive që të dekompozohen—prej 1.4 milionë vjetësh. Kjo do të thotë se çdo berilium-10 i gjetur në Tokë sot është krijuar shumë kohë pas formimit të sistemit diellor.
Megjithatë, në disa meteorite, shkencëtarët gjejnë bor-10, një produkt dekompozimi i beriliumit-10. Prania e borit-10 me izotopet joradioaktive të beriliumit nënkupton se beriliumi-10 i sapo krijuar ishte tashmë i pranishëm në sistemin diellor kur u formua.
Hix dhe ish-hulumtuesi postdoktoral Andre Sieverding, tani një shkencëtar në Laboratorin Kombëtar Lawrence Livermore, përdorën burimet kompjuterike në Qendrën Kombëtare për Kërkime Shkencore të Energjisë së Departamentit të Energjisë, ose NERSC, për të llogaritur sasinë e elementeve dhe izotopeve të ndryshme të prodhuara nga shpërthimet e supernovave.
Shpërthimet e supernovave mund të ndodhin në yje që janë kudo nga 10 deri në 25 herë më të mëdhenj se dielli. Ata morën ndihmë nga studenti universitar i Universitetit të Tennessee Daniel Zetterberg duke punuar në ORNL, dhe kolegë në Universitetin e Notre Dame.
Nëse izotopet me jetë të shkurtër, si beriliumi-10, mund të vijnë nga shpërthimet e supernovave, atëherë, sipas mendimit shkencor mbizotërues, kjo do të mbështeste idenë se formimi i sistemit diellor u shkaktua drejtpërdrejt nga një supernovë.
Megjithatë, llogaritjet e fundit sfidojnë këtë ide, të paktën për beriliumin-10. Të dhënat e reja nga eksperimentet bërthamore, ku bërthamat përplasen për të krijuar bërthama të reja, zbuluan vetitë bërthamore që rrisin shkallën e reaksionit që shndërron beriliumin-10 në izotope të tjera. Kjo shkallë zëvendëson një vlerësim për shkallën e reaksionit që është më shumë se 50 vjet i vjetër.
Matja e tij në laborator me eksperimente të përmirësuara jep një pamje më të saktë dhe të detajuar. Shkallët e reja të reaksionit të llogaritura nga shkencëtarët janë deri në 33 herë më të shpejta se ato të marra nga eksperimentet e mëparshme.
Sieverding, Zetterberg dhe Hix përcaktuan se shkalla e re ishte mjaft e shpejtë për të shkatërruar në mënyrë efektive beriliumin-10 në supernova. Si rezultat, një kolaps dhe shpërthim i supernovës “është e pamundur të prodhojë mjaftueshëm berilium-10 për të shpjeguar beriliumin-10 të vërejtur në meteorite,” tha Hix.
“Kjo e bën pothuajse të sigurt se spallacioni është me të vërtetë burimi për beriliumin-10,” shtoi Hix. “Përveç nëse ka ndryshime të mëdha në modelet për strukturën e yjeve në këtë diapazon të masës, këto gjetje tregojnë për nevojën e një burimi tjetër të beriliumit-10.”
Sieverding tha, “Si rezultat, është e pamundur që një supernovë të ishte burimi i beriliumit-10 në sistemin diellor të hershëm.”
Studimi ishte një bashkëpunim që përfshinte disa institucione. Sieverding, Hix dhe Zetterberg nga ORNL bënë simulimet astrofizike dhe llogaritjet e nukleosintezës. Në Universitetin e Notre Dame, Jaspreet Randhawa, Tan Ahn dhe Richard James deBoer interpretuan të dhënat eksperimentale për të nxjerrë shkallën e reaksionit përkatës.
Në Universitetin Teknik të Darmstadtit në Gjermani, Riccardo Mancino dhe Gabriel Martinez-Pinedo bënë llogaritje teorike të shkallëve të reaksionit. Duke qenë se shkalla ishte shumë e ngadaltë për t’u matur drejtpërdrejt, eksperimentet e tyre matën vetitë e bërthamave, dhe teoricienët i kthyen këto veti në një shkallë reaksioni.
Më shumë informacione: A. Sieverding et al, Role of low-lying resonances for the Be10(p,α)Li7 reaction rate and implications for the formation of the Solar System, Physical Review C (2022). DOI: 10.1103/PhysRevC.106.015803
Zhurnali ku u botua: Physical Review C
