Odpowiedzi dostarczają nam naukowcy Wolnego Uniwersytetu Brukselskiego i Uniwersytetu Montpellier, którym udało się, po raz pierwszy, określić temperaturę oraz wiek dwóch gwiazd w konstelacji Oriona i Wieloryba. Ich praca została opublikowana w czasopiśmie „Nature” z dnia 8 stycznia.

W roku 1926 astrofizyk Arthur Eddington napisał w swojej pracy „Wewnętrzne cechy gwiazd”: „Na pierwszy rzut oka wydać by się mogło, iż głębiej położone warstwy Słońca i innych gwiazd są znacznie mniej dostępne dla wszelkich pomiarów naukowych niż jakikolwiek inny rejon Wszechświata. Jakie urządzenie będzie w stanie przebić się przez zewnętrzne warstwy gwiazdy, by zbadać panujące w jej wnętrzu warunki?”.

Niemal 90 lat później, pytanie to zyskało odpowiedź dzięki pracy zespołu sześciu astrofizyków z Instytutu Astronomii i Astrofizyki Wydziału Nauk Przyrodniczych na Wolnym Uniwersytecie Brukselskim oraz Laboratorium Wszechświata i Cząstek na Uniwersytecie Montpellier, którym udało się określić wiek, typ oraz temperaturę wewnątrz pewnych gwiazd.

Pomiarów dokonano dzięki wiedzy o izotopach pewnych, specjalnie wybranych do badań pierwiastków metali ciężkich (np. technetu-99, bądź niobu-93), które spełniają rolę „termometra i zegara”. Badacze odkryli duże pokłady odpowiednich metali na powierzchni gwiazd. Pomiarów ich właściwości dokonano dzięki spektrografowi HERMES (zamontowanemu na teleskopie Mercator KULeuven, który znajduje się na Wyspach Kanaryjskich). Wspomniane urządzenie zostało skonstruowane we współpracy uczelni KULeuven, Wolnego Uniwersytetu Brukselskiego oraz Belgijskiego Obserwatorium Królewskiego.

Badane gwiazdy konstelacji Oriona

Wykorzystując dane ze spektrografu i porównując je z obowiązującymi obliczeniami dotyczącymi ewolucji gwiazd i przebiegu reakcji „s” (powolnego wychwytywania neutronów w syntezie ciężkich pierwiastków), naukowcy obliczyli temperaturę syntezy podchodzącą pod 250 mln K w gwiazdach typu widmowego S (gwiazdy cyrkonowe). Źródłem neutronów ma być izotop węgla-13, zaś początek syntezowania m. in. technetu i niobu rozpoczął się prawdopodobnie 1-3 mln lat temu.

Wyniki badań uzyskano dzięki analizie pierwiastków tych właśnie metali cięższych od żelaza, dla których wyżej wymieniona reakcja syntezy zachodzi w sercu gwiazd. Po dostaniu się na powierzchnię gwiazdy ciężkie pierwiastki są wyrzucane do przestrzeni międzygwiezdnej, gdzie stają się częścią chmur gazu i pyłu, będącego źródłem materii dla powstających, młodych gwiazd. Od tej zasady nie odbiega również Słońce, powstałe 4,5 mld lat temu. Metale cięższe od żelaza które wykorzystujemy na Ziemi w wielu dziedzinach technologii (np.: niobowe magnesy, katalityczne przetworniki z ceru) pochodzą z tego samego źródła – były wytwarzane we wnętrzu czerwonych olbrzymów w końcowym etapie ich życia.

Wiedza dotycząca genezy tych pierwiastków znacznie się poprawiła dzięki badaniom belgijskich i francuskich astrofizyków.

Autor

Jacek Gębala