Velký třesk vytvořil vesmírný vodík, helium a trochu lithia. Od té doby bylo na hvězdách (z větší části), aby vytvořily zbytek prvků, včetně hmoty, ze které jsme ty a já. Hvězdy jsou jaderné kovárny zodpovědné za vytvoření většiny prvků. Ale pokud jde o lithium, existuje určitá nejistota.
Nová studie ukazuje, odkud pochází velká část lithia v naší sluneční soustavě a naší galaxii: typ hvězdné exploze tzv. klasický román .
Lithium (Li) je třetí prvek v periodické tabulce s atomovou hmotností 6,94. Není tak hojný, jak byste očekávali, kvůli jeho relativní jaderné nestabilitě a vzdoruje trendu, že prvky jsou tím hojnější, čím jsou lehčí: ve sluneční soustavě je jich méně než 25 z prvních 32 prvků ve sluneční soustavě. periodická tabulka.
Odhadované množství prvních 32 prvků v periodické tabulce v naší sluneční soustavě. Image Credit: By Swift – Own work, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=48991521
Lithium má široké využití. Používá se v lékařství, optice, skle a keramice, mazacích tucích a dokonce i ve zbraních. A pak jsou tu všudypřítomné lithium-iontové baterie, které napájejí všechny druhy zařízení a nástrojů.
V periodické tabulce, která ukazuje zdroje prvků ve vesmíru, vystupuje lithium jako jediný prvek, který vzniká třemi různými procesy: Nukleosyntéza velkého třesku , štěpení kosmického záření a hvězdy s nízkou hmotností, jako je naše Slunce, když dosáhnou konce svého života.
Tato periodická tabulka ukazuje zdroje chemických prvků. Obrazový kredit: Cmglee – vlastní práce, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=31761437
Tato nová studie ukazuje, že klasické novy produkovaly většinu lithia v naší sluneční soustavě a v Mléčné dráze.
Studie nese název „C arbon-Oxygen Classical Novae jsou galaktické7Producenti Li stejně jako potenciální předchůdci supernovy Ia .“ Hlavním autorem je Sumner Starrfield, profesor na ASU’s School of Earth and Space Exploration. Studie je publikována v The Astrophysical Journal.
„Vzhledem k důležitosti lithia pro běžné použití, jako je žáruvzdorné sklo a keramika, lithiové baterie a lithium-iontové baterie a chemikálie měnící náladu; je hezké vědět, odkud tento prvek pochází,“ řekl Starrfield, který je profesorem regentů na ASU Škola průzkumu Země a vesmíru a Člen Americké astronomické společnosti . 'A je důležité zlepšit naše chápání zdrojů prvků, z nichž jsou naše těla a sluneční soustava vyrobena.'
Tým výzkumníků se podíval na to, co je známé jako klasické novy (CN). V CN je bílý trpaslík v binárním páru s větší hvězdou. Bílý trpaslík (WD) je pozůstatek hvězdy, hvězda, která ukončila fúzi a září pouze světlem akumulované tepelné energie. WD má obvykle přibližně stejnou hmotnost jako naše Slunce, ale jeho objem je podobný zemskému.
Ilustrace bílého trpaslíka kreslícího materiál z jeho binárního společníka a jeho akretování. Když se nahromadí dostatek materiálu, může spustit klasickou novu. Obrazový kredit: Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3449824
Obrovská gravitační síla WD táhne materiál z jeho doprovodné hvězdy. Jak se tento materiál hromadí na povrchu WD, mísí se také s materiálem ze samotného WD a vytváří pěknou výbušnou pokrývku převážně vodíku. Nakonec to způsobí termonukleární únik (TNR). Na povrchu WD dochází k nekontrolované vodíkové fúzi a výsledkem je klasická exploze novy.
Tato exploze vyšle do vesmíru obrovské množství materiálu a WD se jasně rozzáří, čímž se jeho svítivost zvýší až na 50 000. Ale na rozdíl od „běžné“ supernovy klasická nova nezničí ani WD, ani doprovodnou hvězdu. Oba jsou ponechány nedotčené a proces se opakuje. Astronomové říkají, že v Mléčné dráze je každý rok asi 50 těchto klasických nov.
Ale bílí trpaslíci nejsou monolitičtí. Jejich hmotnost se může pohybovat od 0,17 hmotností Slunce až po 1,33 hmotností Slunce, s vrcholem mezi 0,5 a 0,7 hmotností Slunce. Liší se také v tom, kolik materiálu nahromadili od svého společníka před přechodem na novu a kolik jejich vlastního materiálu je s ním smícháno.
Tento údaj ze studie ukazuje produkci izotopů pro 1 sluneční hmotnost WD (nahoře) a 1,35 sluneční hmotnost WD (dole), oba s poměrem 25/75 WD materiálu k hvězdnému doprovodnému materiálu v obou případech. Všimněte si „nadprodukce“ Be-7 v obou případech. Obrazový kredit: Starrfield et al, 2020.
Tým modeloval WD různé hmotnosti a změnil poměr materiálu WD k materiálu hvězdného doprovodu. A tady přichází na řadu Li a Berylium (Be).
„Naše schopnost modelovat, kde hvězdy získávají energii, závisí na pochopení jaderné fúze, kde se lehká jádra spojují s těžšími jádry a uvolňují energii,“ řekl Starrfield v dokumentu. tisková zpráva . 'Potřebovali jsme vědět, za jakých hvězdných podmínek můžeme očekávat interakci jader a jaké jsou produkty jejich interakce.'
Modelování týmu ukázalo, že tyto klasické novy mohou produkovat velké množství Be7ve vypuštěných plynech. A buď7má krátký poločas rozpadu; jen asi 53 dní. Poté se rozpadne na Li7, nejhojnější ze dvou stabilních izotopů Li. Podle tohoto výzkumu pochází většina lithia v naší Sluneční soustavě a Mléčné dráze ze starověkých klasických nov.
Toto číslo je podobné tomu výše, ale s poměrem hmoty WD k hmotě hvězdného společníka 50/50. Zatímco hojnost některých prvků se mění, nadprodukce Be-7, která se rozpadá na Li-7, je podobná. Obrazový kredit: Starrfield et al, 2020.
' Naše minulá studia ukázaly, že malá část hvězdného prachu v meteoritech vznikla v novech,“ řekl spoluautor studie Maitrayee Bose. 'Takže cenným přínosem z této práce bylo, že výbuchy nov přispěly k molekulárnímu mraku, který vytvořil naši sluneční soustavu.'
Ale to není jediný zajímavý výsledek jejich práce.
Když bílý trpaslík exploduje jako klasická nova, ne veškerá hmota, kterou nahromadil od své doprovodné hvězdy, je při explozi zničena nebo vypuzena. V průběhu času se některá WD ve skutečnosti stávají masivnějšími díky následným cyklům akreční exploze. Je možné, že některé z těchto WD mohou dosáhnout Chandrasekharův limit a mohou se stát Supernovy typu 1A . Ale kolik?
Jejich simulace vykreslují souvislost mezi tím, co se stane s nahromaděným materiálem na WD, a tím, zda WD může nebo nemůže vyrůst v supernovu typu 1A.
Pokud WD nahromadí dostatek materiálu od svého společníka, aniž by jej smíchal s vlastním materiálem, umožní to WD nahromadit více materiálu, než se stane klasickou explozí novy. Také, pokud WD nahromadí materiál bez míchání, nebo pokud se materiál promíchá příliš brzy, výsledná exploze novy nevyvrhne příliš mnoho materiálu. Za těchto podmínek může WD narůst natolik masivní, že se nakonec stane supernovou.
Studie se ponoří ještě hlouběji, simuluje poměry materiálu z WD a ze společníka, jak se shromažďuje na povrchu WD. Zatímco v mnoha případech různé poměry umožnily WD zvětšit velikost během po sobě jdoucích výbuchů nov, 50%-50% poměry WD a doprovodného materiálu vedly k novům s vyššími špičkovými teplotami a s masivnějšími ejekty pohybujícími se vyššími rychlostmi.
'Jde o pokračující výzkum v oblasti teorie i pozorování,' řekl Starrfield. „Zatímco pokračujeme v práci na teoriích, těšíme se, až budeme moci použít NASA Vesmírný dalekohled Jamese Webba a Římský dalekohled Nancy Grace abychom mohli pozorovat novy a dozvědět se více o původu našeho vesmíru.“
Supernovy jsou komplexní jev. Supernovy typu 1A mohou vznikat v různých situacích a existují různé typy. Jak autoři zmiňují ve svém článku, stále existuje debata o progenitorech pro typ 1A. V závěru této studie autoři také poukazují na to, že o populaci SN 1A stále ještě mnoho nevíme. Ale pokud jsou jejich výsledky správné, víme alespoň, že klasické novy jsou jedním ze způsobů, jak je lze vyrobit, a známe některé detaily za tím.
A nyní také víme, odkud se všechno lithium vzalo.
Více:
- Tisková zpráva: Třída hvězdných explozí, o kterých bylo zjištěno, že jsou galaktickými producenty lithia
- Výzkumný papír: Klasické novy uhlík-kyslík jsou galaktické7Producenti Li stejně jako potenciální předchůdci supernovy Ia
- Vesmír dnes: Astronomové sledují, jak Nova poprvé prochází od začátku do konce