De unde provide aurul din Univers? Fenomene cosmice precum coliziuni de stele de neutroni sau colapsul de stele masive in gauri negre ar putea explica prezenta acestui metal pretios, dar si a altor elemente chimice raspandite in Univers.

Mai toti admiram minunatele bijuterii din aur sau platina; aceste metale pretios, care stralucesc pe degetele noastre sau in cerceii pe care mlte femei le poarta. Un alt element chimic „greu”, o bijuterie a centralelor nucleare, este uraniul, fisiunea caruia este la baza energiei electrice produse de reactoarele nucleare. De unde insa provin aceste elemente chimice? Nu au luat nastere dupa Big Bang – s-au format ulterior in procese care au la baza stelele cu masa mai mare ca cea a Soarelui.

Elementele chimice pana la fier se formeaza in urma fuziunii nucleare in stele, aceste procese avand loc cu eliberare de energie. Practic, parte di masa nucleelor care se unesc in urma procesului de fuziune este transformata in energie. De la fier in sus insa pentru ca nucleele sa se uneasca dand nastere elementelor chimice grele, precum aurul, platina sau uraniul, este nevoie sa le fie furnizata energie. Cum are deci loc in Univers aceasta fuziune? Care este alchimia la baza existentei aurului?

La ora actuala exista doua ipoteze: una conform careia elementele grele se nasc in urma procesului de unire a doua stele de neutroni care orbiteaza una in jurul celeilalte, emitand unde gravitationale. Dupa o perioada indelungata, cee doua stele se contopesc probabil intr-o gaura neagra, parte din materia stelelor generand, in urma asa-numitelor procese-r (rapid process), in urma carora neutronii sunt absorbiti de nuclee, noi nuclee mai gree, radioactive, care in urma dezintegrarii dau nastere unor elemente chimice mai grele, precum aurul, platina sau uraniul.

Cum insa unirea stelelor de neutroni dureaza foarte mult, ramane de explicat prezenta aurului in istoria timpurie a Universului. Practic, elemente grele existau deja imediat dupa ce au luat nastere primele stele si galaxii.

Un grup de cercetatori a propus un mecanism, denumit collapsar, care ar genera mare parte din elementele chimice grele din Univers. Este vorba despre stelele masive, cu masa mult mai mare ca cea a Soarelui, care, in momentul in care „mor”, adica au consumat combustibilul nuclear din interior, explodeaza, sub forma unei supernova de tip A.

Aceasta da nastere unei gauri negre ca rezultat a colapsului gravitational al partii centrale ale stelei, dar si a unei cantitati importante de materie bogata in elemente chimice precum oxigenul, carbonul sau fierul, cat si in neutroni, care se roteste in jurul acestei gauri negre ajungand la  viteze foarte mari mari. Neutronii sunt capturati de catre nuclee si, tocmai in urma procesului-r, genereaza in final elementele chimice grele. Rezultatul acestui studiu, o simulare pe calculator al intregului proces de collapsar, a fost publicat recent in revista Nature.

Se considera ca practic 80% di elementele chimice grele iau nastere in collapsari, doar 20% circa formandu-se in coliziuni de stele de neutroni.

La ora actuala insa nu este clar daca collapsari reusesc totusi sa explice cantitatile mari de aur care exista in Univers, chiar daca un collapsar ar putea genera o cantitate de aur cu masa de sute  de ori cea a planetei noastre. 

Astronomii  vor trebui sa efectueze noi studii asupra stelelor masive care dau nastere Supernovelor de tip A, in speranta de a intelege mai bine procesele de tip r. Acelasi lucru este efectuat si in laboratoare terestre unde fizica nucleara, in mod specific procesele-r, sunt studiate in detaliu.

Aurul din bijuteriile noastre este deci rezultatul unor procese cosmice deosebite: coliziuni sau explozii de stele, noi insine fiind fii ai stelelor, intrucat elementele chimice din corpul nostru au luat nastere in inima stelelor in urma fuziunii nucleare.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro