2015.02.26. - A nóvarobbanások lehetnek az univerzum legnagyobb lítiumgyárai

A Nova Del 2013 részletes spektroszkópiai vizsgálata alapján japán csillagászok arra a következtetésre jutottak, hogy a nóvarobbanások lehetnek a legnagyobb lítiumgyárak az univerzumban.

A National Astronomical Observatory of Japan és több japán egyetem kutatóiból álló csoport a 2013. augusztus 14-én feltűnt Nova Del 2013 spektroszkópiai vizsgálata alapján arra a következtetésre jutott, hogy a kitörés során nagy mennyiségű lítium jött létre. A lítium kulcsfontosságú szerepet tölt be az univerzum kémiai fejlődésének tanulmányozásában, mivel valószínűleg több módon is keletkezhetett és keletkezhet: közvetlenül az Ősrobbanás után lezajlott nukleoszintézis eredményeként, a nagy energiájú kozmikus sugárzás által bombázott csillagközi anyagban, a csillagok belsejében és végül a nóva- és szupernóva-robbanások során. Az új észlelési eredmények az első közvetlen bizonyítékot szolgáltatják arra, hogy lítiumot csillagok is juttathatnak az intersztelláris térbe, így bővíthetik a galaktikus kémiai evolúcióval kapcsolatos ismereteinket, mégpedig azzal, hogy az univerzumban a lítium jelenlegi legfontosabb forrásai a nóvarobbanások lehetnek.

Közvetlenül az Ősrobbanás után az univerzum hidrogénből (H), héliumból (He) és minimális mennyiségű lítiumból (Li) állt. Mivel a világegyetemben jelenleg ezen három elemen kívül más kémiai elemek, például szén (C), oxigén (O), vas (Fe) is léteznek, nagyon fontos annak ismerete, hogy a testünket is felépítő atomok hogyan jöttek létre. Az elmélet szerint a könnyebbek a csillagok belsejében zajló termonukleáris fúzió termékei, nagyobb részük azonban a szupernóva-robbanások során fellépő extrém fizikai körülmények eredményeként keletkezett, illetve keletkezik ma is. A robbanás arról is gondoskodik, hogy beszennyezze velük a környező intersztelláris teret, így az újabb csillaggenerációk anyagába is beépülhetnek.

A lítium a harmadik elem a periódusos rendszerben a hidrogén és a hélium után. Napi szintű közvetett kapcsolatban állunk vele, hiszen a számítógépeinkben, az okostelefonjainkban vagy az elektromos autóinkban tölthető Li-ion akkumulátorok szolgáltatják az energiát. Kis mennyiségben az Ősrobbanás utáni nukleoszintézis is hozott létre lítiumot, de az elképzelések szerint a csillagközi anyagban is keletkezik a nehezebb elemek (például C, O) atommagjainak ütközése következtében, illetve a Naphoz hasonló kis tömegű csillagok belsejében és nem utolsó sorban a nóvarobbanások során.

Mivel tehát a lítium viszonylag sok helyen és módon keletkezhet, a legjobb indikátora az univerzum komplex kémiai fejlődésének. A Tejútrendszer csillagpopulációiban található lítium mennyiségének spektroszkópiai úton történő meghatározásával meg lehet becsülni, hogy a vázolt folyamatok közül melyik mennyi lítiumot termel. Ez alapján ma a kis tömegű csillagok és a nóvarobbanások tűnnek a legfontosabb lítiumforrásoknak. Idáig azonban nem álltak rendelkezésre közvetlen észlelési tények ennek bizonyítására.

Fantáziarajz egy klasszikus nóvarobbanásról. Az elmélet szerint a robbanás egy kettős fehér törpe komponensének (középen jobbra) felszínén következik be, amelynek másik komponense (középen balra) a Napunkhoz hasonló fősorozati vagy egy, a fősorozatról már elfejlődött csillag. Ha a két csillag közötti távolság elég kicsi, egy akkréciós korongon keresztül a kísérő külső rétegeinek gázanyaga átáramlik a fehér törpe felszínére, a növekvő gázréteg hőmérséklete és sűrűsége pedig egyre nő. Egy idő után a vékony héj instabillá válik és robbanásszerű termonukleáris reakció indul be benne, ami ledobja a felgyülemlett gázt.
[NAOJ]

2013. augusztus 14-én Koichi Itagaki japán amatőrcsillagász egy "új csillagot" fedezett fel a Delfin csillagképben, amely a Nova Del 2013 (=V339 Del) jelzést kapta. A nóva felfedezésekor 6,8 magnitúdós volt, de két nap alatt 4,3 magnitúdóig fényesedett: 2007, a V1280 Sco óta ez volt az első szabadszemes nóva. A 40 nappal későbbi, a robbanás által ledobott anyag vizsgálatát célzó megfigyelések eredményeként derült ki, hogy a kataklizma során nagy mennyiségű lítium is keletkezett.

A Nova Del 2013 az ún. klasszikus nóvák képviselője. Ezek akkor fényesednek ki, amikor egy szoros kettős fehér törpe komponensének felszínén a tömegátadás miatt felgyülemlett, hidrogénben gazdag rétegben termonukleáris robbanás következik be. A feltételezések szerint ennek során a csillagok belsejében és a szupernóva-robbanások során zajló nukleáris reakciókkal összehasonlítva más kémiai elemek keletkeznek, ilyen például a lítium. A Nova Del 2013 robbanását megelőzően azonban még senkinek sem sikerült észlelési bizonyítékot szolgáltatnia arra, hogy a nóvarobbanások valóban lítiumot produkáló események.

A japánok a 8,2 méteres Subaru-teleszkópot és annak HDS (High Dispersion Spectrograph) műszerét használták, hogy négy különböző időpontban meghatározzák a robbanás következtében ledobódott anyag összetételét. A színképeket a hidrogén, a hélium és a vas abszorpciós vonalai dominálták. Közöttük azonban különösen erős abszorpciós vonalak tűntek fel az ultraibolya-tartományban, 313 nanométer környékén, amelyekről kiderült, hogy a berillium, a negyedik legkönnyebb elem egyik izotópjától, a 7-es tömegszámútól származnak.

A klasszikus nóvák esetében a kísérőről átáramló gázban nagy mennyiségben jelen lévő ³He és ⁴He izotópok a fehér törpe felszínének nagyon magas hőmérsékletű környezetében radioaktív ⁷Be izotópokká fuzionálnak, amelyek viszont rövid, mindössze 53,22 napos felezési idővel ⁷Li izotópokká bomlanak. Mivel a ⁷Li magas hőmérsékleten nagyon instabil, a ⁷Be izotópoknak a fehér törpénél sokkal hidegebb környezetbe kell kerülniük, hogy a ⁷Li izotópok megmaradhassanak az intersztelláris közegben. A berillium lítiumnak megfelelő környezetbe juttatásáról a nóvarobbanás gondoskodik. Ez alapján gondolják úgy a kutatók, hogy ezek a kataklizmák nagyban hozzájárulnak a lítium keletkezéséhez.

A ⁷Be izotópot létrehozó termonukleáris reakció, majd a ⁷Li izotópot eredményező radioaktív bomlás a klasszikus nóvarobbanások során ledobott, kifele száguldó gázcsomókban.
[NAOJ]

A ⁷Be detektálása a robbanást követő 50 napon belül azt jelenti, hogy a ⁷Be izotópokból nagy mennyiségű ⁷Li keletkezik, mivel előbbit a központi régiótól nagy sebességgel (~ 1000 km/s) távolodó gázcsomókban azonosították, így a lítium már rá nem veszélyes környezetben jön létre belőlük. A ⁷Li szétspriccel a környező intersztelláris térbe és beszennyezi a következő csillaggenerációk alapanyagául szolgáló gáz- és porfelhőket. Az abszorpciós színképvonalak alapján végzett becslések azt jelzik, hogy a gázcsomók ⁷Be-tartalma összemérhető a kalciuméval. Az ennek megfelelő ⁷Li-mennyiség nagyobb, mint az elméletek által előrejelzett érték. A Nova Del 2013 a klasszikus nóvák jellegzetességeit mutatta, és ha a többi klasszikus nóva is ilyen mennyiségű lítiumot hozott/hoz létre, akkor valóban a nóvarobbanások lehetnek a legnagyobb lítiumgyárak az univerzumban.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazinban jelent meg.

Forrás:

• ScienceDaily 2015.02.19.