Onze wereld zit vol met chemicaliën die niet mogen bestaan.
Lichtere elementen, zoals koolstof en zuurstof en helium, bestaan vanwege intense fusie-energieën die protonen samen in sterren verpletteren. Maar elementen van kobalt tot nikkel tot koper, via jodium en xenon, en inclusief uranium en plutonium, zijn gewoon te zwaar om te worden geproduceerd door stellaire fusie. Zelfs de kern van de grootste, helderste zon is niet heet en staat niet onder druk om iets zwaarder dan ijzer te maken.
En toch zijn die chemicaliën overvloedig aanwezig in het universum. Iets maakt ze.
Het klassieke verhaal was dat supernova's - de explosies die sommige sterren aan het einde van hun leven uit elkaar scheuren - de boosdoener zijn. Die explosies moeten kort genoeg energieën bereiken die intens genoeg zijn om de zwaardere elementen te creëren. De dominante theorie over hoe dit gebeurt, is turbulentie. Terwijl de supernova materiaal in het universum gooit, gaat de theorie, golven van turbulentie passeren de winden en drukken kortstondig uitgestraald stellair materiaal met voldoende kracht samen om zelfs fusiebestendige ijzeratomen in andere atomen te slaan en zwaardere elementen te vormen.
Maar een nieuw vloeistofdynamica-model suggereert dat dit helemaal verkeerd is.
"Om dit proces te starten, hebben we een soort overmaat aan energie nodig", zegt hoofdauteur Snezhana Abarzhi, materiaalwetenschapper aan de University of Western Australia in Perth. "Mensen geloven al vele jaren dat dit soort overmaat kan worden veroorzaakt door gewelddadige, snelle processen, die in wezen turbulente processen kunnen zijn", vertelde ze WordsSideKick.com.
Maar Abarzhi en haar co-auteurs ontwikkelden een model van de vloeistoffen in een supernova die suggereert dat er iets anders - iets kleins - aan de hand is. Ze presenteerden hun bevindingen eerder deze maand in Boston, tijdens de bijeenkomst van de American Physical Society March, en publiceerden hun bevindingen ook op 26 november 2018 in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences.
In een supernova schiet het stellaire materiaal met hoge snelheid weg van de kern van de ster. Maar al dat materiaal stroomt met ongeveer dezelfde snelheid naar buiten. Dus ten opzichte van elkaar bewegen de moleculen in deze stroom van stellair materiaal niet zo snel. Hoewel er af en toe een rimpel of werveling is, is er niet genoeg turbulentie om moleculen voorbij ijzer op het periodiek systeem te creëren.
In plaats daarvan ontdekten Abarzhi en haar team dat fusie waarschijnlijk plaatsvindt in geïsoleerde hotspots binnen de supernova.
Wanneer een ster explodeert, legde ze uit, is de explosie niet perfect symmetrisch. De ster zelf heeft dichtheidsonregelmatigheden op het moment voor een explosie, en de krachten die hem uit elkaar blazen zijn ook een beetje onregelmatig.
Die onregelmatigheden produceren ultra dichte, ultrahete gebieden binnen de toch al hete vloeistof van de exploderende ster. In plaats van gewelddadige rimpelingen die de hele massa doen trillen, worden de druk en energie van de supernova vooral geconcentreerd in kleine delen van de exploderende massa. Deze regio's worden korte chemische fabrieken die krachtiger zijn dan alles wat in een typische ster bestaat.
En dat, zo suggereren Abarzhi en haar team, is waar alle zware elementen in het universum vandaan komen.
Het grote voorbehoud hier is dat dit een enkel resultaat en een enkel papier is. Om daar te komen, vertrouwden de onderzoekers op pen-en-papierwerk en computermodellen, zei Abarzhi. Om deze resultaten te bevestigen of te weerleggen, zullen astronomen ze moeten vergelijken met de feitelijke chemische handtekeningen van supernovae in het universum - gaswolken en andere overblijfselen van een stellaire explosie.
Maar het lijkt erop dat wetenschappers een beetje dichterbij zijn om te begrijpen hoeveel van het materiaal overal om ons heen, ook in ons eigen lichaam, wordt gemaakt.
