ZVEZDE

7.6 Najteži elementi
S-proces može da objasni nastanak elemenata zaključno sa bizmutom-209, najtežim neradioaktivnim elementom, ali on ne može da odgonetne nastanak elemenata kao što su: torijum-232, uran-238, plutonijum-242 itd. Svaki pokušaj nastanka jezgra težeg od bizmuta u s-procesu je nemoguć zbog toga što se novonastalo jezgro raspada za isto ili čak kraće vreme nego što je potrebno za njegovo formiranje. Fizičari su došli do zaključka da mora da postoji još jedan proces nukleosinteze koji omogućava nastanak tih težih elemenata. Taj proces nazvan je r-proces (ili 'brzi' zahvat neutrona). R-proces se odigrava vrlo brzo, u trenucima eksplozije supernove.

Otprilike za prvih 15 minuta eksplozije broj slobodnih neutrona drastično raste usled raspada jezgara teških elemenata izazvanih snagom eksplozije. Za razliku od s-procesa, koji se prekida nastankom nestabilnih jezgara, r-proces nastavlja i dalje da se odigrava. Stopa zahvata neutrona u ovim trenucima je ogromna pa i nestabilna jezgra imaju dovoljno vremena da pre raspada zahvate neki neutron i na taj nacin predu u neko stabilnije stanje.

Zbog ovakvog mehanizma nastanka najteži elementi nastaju nakon smrti matične zvezde. Posledica kratkog trajanja eksplozije, tj. kratkog vremenskog intervala u kome postoje povoljni uslovi za odigravanje r-procesa, mogućnost nastajanja teških elemenata, težih od gvožđa, je vrlo mala i zbog toga je njihova rasprostranjenost oko milijardu puta manje nego rasprostranjenost vodonika i helijuma.

Slika 7.7.1

• Prvo, stopa zahvata različitih jezgra i stopa njihovog raspada poznata je iz laboratorijskih eksperimenata. Kada se ove vrednosti unesu u detaljne kompjuterske simulacije nuklearnih procesa koji se odigravaju u zvezdama i supernovama, predviđanja i posmatranja se slažu izuzetno dobro, za skoro svaki element sa sl. 7.7.1. Podudaranje je neverovatno dobro za elemente do gvožđa i približno za teža jezgra. Prema tome iako niko nikada nije direktno posmatrao formiranje teških jezgara u zvezdama, možemo biti relativno sigurni da teorija nuklearne sinteze ima smisla u kontekstu nuklearne fizike i zvezdane evolucije. Iako je rezonovanje indirektno, slaganje teorije i posmatranja je tako dobro da većina astronoma to smatra kao čvrst dokaz koji podržava čitavu teoriju zvezdane evolucije i nukleosinteze.
• Drugo, prisustvo jednog određenog jezgra -tehnetiuma-99 - pruža neposredan dokaz da se formacije teških elemenata zaista odigrava u zvezdanim jezgrima. Laboratorijska merenja pokazuju da jezgro tehnetiuma ima period poluraspada od oko 200.000 godina. Astronomski gledano ovo je veoma kratko vreme. Niko nikada nije našao ni tragove prirodnog tehnetiuma na Zemlji zato što se sav raspao još davno. Uočeno prisustvo tehnetiuma u spektrima mnogobrojnih crvenih džinova sugeriše da je sintetisan kroz zahvat neutrona, jedini poznati način na koji tehnetium može da nastane, u poslednjih nekoliko stotina hiljada godina. Inače ga ne bismo mogli posmatrati. Mnogi astronomi smatraju spektroskopske dokaze za postojanje tehnetium dokazom za odigravanje s-procesa u razvijenim zvezdama.

  Slika 7.7.2

• Treće, proučavanje tipičnih kriva zračenja supernova Tipa-I pokazuje da se radioaktivna jezgra formiraju kao rezultat eksplozije. Sl 7.7.2(a) pokazuje drastično povećanje osvetljenja u momentu eksplozije i karakteristično sporije smanjenje sjaja. U zavisnosti od inicijalne mase eksplodirajuće zvezde, sjaju treba od nekoliko meseci do više godina da se smanji na prvobitnu vrednost; međutim oblik krive raspada skoro je isti za sve zvezde. Ove krive imaju dve izražajne crte. Nakon početnog pika sjaj prvo ubrzano opada, a zatim je se opadanje usporava. Ova promena sjaja dešava se oko dva meseca posle eksplozije, bez obzira na njen intenzitet.

Na osnovu teorijskih modela eksplozije može se izračunati količina očekivanih novoformiranih elemenata, a njihovi periodi poluraspada su poznati iz laboratorijskih eksperimenata. Premda svaki radioaktivni raspad stvara poznatu količinu vidljive svetlosti, možemo utvrditi kako će svetlost emitovana od strane ovih nestabilnih elemenata varirati vremenom. Rezultat je poprilično dobro usaglašen sa posmatranom krivom sjaja na sl 7.7.2(b) - sjaj supernove Tipa-I potpuno je u saglasnosti sa raspadom od 0,6 solarnih masa nikla-56. Još više direktnih dokaza o prisustvu ovih nestabilnih jezgara dobijeno je 70-ih godina XX veka kada je pojava gama zračenja kobalta-56 u raspadu prvi put primećena kod supernove posmatrane u dalekoj galaksiji.

Svaka eksplozija supernove označava smrt jedne ogromne zvezde, ali supernova nije samo simbol nestanka, ona je i znak novog stvaranja, novog početka. Ove snažne eksplozije obogaćuju međuzvezdani prostor svim teškim elementima. Od tih novonastalih elemenata može se stvoriti neka nova generacija zvezda, a oko te zvezde mogu nastati planete, a na nekoj od tih planete može nastati neki oblik života koji ce biti u stanju da se zapita: Da li je naša zvezda jedinstvena? Koja je njena sudbina? Kakve su druge zvezde i šta ce sa njima biti u dalekoj budućnosti?

Ovako nešto desilo se pre oko pet milijardi godina, u jednom spiralnom kraku galaksije nazvane Mlečni put, u maglini koja je obavijala proto-Sunce. Vasiona je već bila 10 milijardi godina stara u vreme nastanka Sunca. Mnogo masivnih zvezda je već preživelo svoje živote i ostavilo deo svog pepela u Sunčevoj maglini i u njoj je bilo teških elemenata u izobilju. Tako dolazimo do saznanja da je svaki atom u našem telu, svaki atom koji dotičemo i udišemo, stvoren nekada davno, u dubokoj unutrašnjosti odavno zaboravljene zvezde. Mi smo doslovno napravljeni od zvezdanog praha.