Bir element ne kadar ağır olabilir? Uluslararası bir araştırma ekibi, antik yıldızların 260’tan daha büyük atomik kütleye sahip elementler üretebildiğini ve bu kütlenin periyodik tablodaki Dünya’da doğal olarak bulunan herhangi bir elementten daha ağır olduğunu tespit etti. Bu bulgu, yıldızlarda element oluşumuna dair anlayışımızı derinleştiriyor.
Bizler kelimenin tam anlamıyla yıldızlardan oluşuyoruz. Yıldızlar element fabrikalarıdır; burada elementler sürekli olarak kaynaşarak ya da parçalanarak daha hafif ya da daha ağır başka elementler oluştururlar.
Hafif ya da ağır elementlerden söz ettiğimizde, atomik kütlelerinden bahsediyoruz.
Genel olarak atomik kütle, o elementin bir atomunun çekirdeğindeki proton ve nötron sayısına dayanır.
En ağır elementlerin yalnızca nötron yıldızlarında hızlı nötron yakalama süreci ya da r-süreci yoluyla oluştuğu bilinmektedir.
Bir nötron çorbası içinde yüzen tek bir atom çekirdeği hayal edin.
Aniden, bu nötronların bir kısmı çok kısa bir süre içinde – genellikle bir saniyeden daha kısa bir sürede – çekirdeğe yapışıyor, ardından bazı iç nötron-proton değişimlerine uğruyor ve işte!
Altın, platin ya da uranyum gibi ağır bir element oluşur.
En ağır elementler kararsız ya da radyoaktiftir, yani zaman içinde bozunurlar.
Bunu yapmalarının bir yolu, fisyon adı verilen bir süreç olan bölünmedir.
North Carolina State Üniversitesi’nde fizik profesörü ve araştırmanın başyazarı olan Ian Roederer, “Kurşun ve bizmuttan daha ağır elementler yapmak istiyorsanız r-süreci gereklidir” diyor.
Roederer daha önce Michigan Üniversitesi’nde çalışıyordu.
Roederer, “Çok hızlı bir şekilde çok sayıda nötron eklemeniz gerekiyor, ancak bunu yapmak için çok fazla enerjiye ve çok fazla nötrona ihtiyacınız var” diyor.
Roederer, “r-sürecinin nasıl işlediğine dair genel bir fikrimiz var, ancak sürecin koşulları oldukça aşırı” diyor.
“Evrende kaç farklı türde alanın r-sürecini oluşturabileceğine dair iyi bir fikrimiz yok, r-sürecinin nasıl sona erdiğini bilmiyoruz ve kaç nötron ekleyebilirsiniz gibi soruları yanıtlayamıyoruz. Ya da bir element ne kadar ağır olabilir? Biz de bu sorulardan bazılarını yanıtlamaya başlayıp başlayamayacağımızı görmek için iyi çalışılmış bazı eski yıldızlarda fisyon yoluyla oluşabilecek elementlere bakmaya karar verdik.”
Ekip, Samanyolu’ndaki iyi çalışılmış 42 yıldızdaki ağır elementlerin miktarlarına yeni bir bakış attı.
Bu yıldızların, daha önceki yıldız nesillerinde r-süreci ile oluşan ağır elementlere sahip olduğu biliniyordu.
Bu yıldızlarda bulunan her bir ağır elementin miktarına, daha yaygın olduğu gibi tek tek değil, toplu olarak daha geniş bir açıdan bakarak, daha önce tanınmayan kalıplar belirlediler.
Bu örüntüler, gümüş ve rodyum gibi periyodik tablonun ortasına yakın listelenen bazı elementlerin muhtemelen ağır element fisyonunun kalıntıları olduğuna işaret ediyordu.
Ekip, r-sürecinin fisyona uğramadan önce en az 260 atom kütlesine sahip atomlar üretebileceğini tespit edebildi.
Roederer, “Bu 260 ilginç çünkü daha önce uzayda ya da Dünya’da doğal olarak, hatta nükleer silah testlerinde bile bu kadar ağır bir şey tespit etmemiştik” diyor.
“Ancak onları uzayda görmek, modeller ve fisyon hakkında nasıl düşüneceğimiz konusunda bize yol gösteriyor ve elementlerin zengin çeşitliliğinin nasıl ortaya çıktığı konusunda bize fikir verebilir.”
Science dergisinde yayınlanan bu çalışma kısmen Ulusal Bilim Vakfı ve Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi tarafından desteklenmiştir.
*Bu yazı Ancient stars made extraordinarily heavy elements başlıklı yazıdan çevrilmiştir.
