Kiderült, honnan származik a meteoritokban talált csillagpor

A A kutatók most megjelent szakcikke itt olvasható.Naprendszer egy olyan csillagközi felhőből alakult ki, amelyben porszemek zárták magukba a kőzeteket létrehozó kémiai elemeket. Ezen porszemek egy része nem helyben, hanem más csillagok körül keletkezett, vagyis eredetileg tulajdonképpen aprócska, összetömörült csillagdarabkák voltak. Ugyan az eredeti porszemek legnagyobb része elpusztult, és új porszemekké, kődarabokká, majd bolygókká állt össze, beleértve a Földet is, a csillagpor egy kis része túlélte a pusztítást. Ennek a különleges csillagpornak a vizsgálatával a kutatók egyaránt nyomon követhetik a Naprendszer bolygóit létrehozó felhő fejlődését és a porszemet létrehozó csillag fizikai folyamatait.

Csakhogy a porszemek egy csoportjának, az oxigénben gazdag szilikát- és alumínium-oxid-szemcséknek a vizsgálata komoly ellentmondást fedett fel. A közepes tömegű, a Napnál nagyságrendileg hatszor nehezebb csillagokról például az infravörös távcsövek megfigyelései alapján tudjuk, hogy igen nagy mennyiségű port hoznak létre. Ennek ellenére, korábban nem sikerült a meteoritokban azonosítani olyan porszemeket, amelyek ilyen csillagoktól származhattak volna.

Egy meteoritban megtalált korund, vagyis kristályos alumínium-oxid csillagporszemcse elektronmikroszkópos képe Forrás: A. Takigawa, Tokiói Egyetem

Egy új kutatás azonban megoldást talált erre a rejtélyre: a Maria Lugaro (MTA CSFK Csillagászati Intézete) által vezetett, és a Nature Astronomy folyóiratban közölt munka sikerrel azonosította az ezekben a csillagokban végbemenő magreakciók nyomait néhány begyűjtött meteoritból származó porszemcse összetételében. Az áttörést az olaszországi Gran Sasso-hegység alatti Földalatti Nukleáris Asztrofizikai Laboratóriumban (Laboratory for Underground Nuclear Astrophyics, LUNA) elvégzett kísérletek tették lehetővé. A C. G. Bruno és munkatársai által tavaly elvégzett LUNA mérések alapján a hidrogén és a ¹⁷O atommagok fúziójának a valószínűsége kétszerese az eddig feltételezett értéknek. (A ¹⁷O az oxigén egy nehezebb izotópja, amely majdnem háromezerszer ritkább, mint a gyakoribb ¹⁶O.) A reakció során az oxigénatommag befogja a hidrogén atommagját jelentő protont, majd az együttesük elbomlik egy nitrogén- és egy hélium-atommagra. Ez a folyamat az új, nagyobb rátával kétszer olyan gyorsan alakítja át és tünteti el az oxigén ritka ¹⁷O izotópját, mint ahogy az a kutatók eddig gondolták. Maria Lugaro és munkatársai megvizsgálták, hogyan változhat meg a csillagok kémiai összetétele, ha a modelljeikbe ezt az új rátát helyezik be. Mint kiderült, az új reakciós ráta hatására a modellek a porszemek mért tulajdonságaival megegyező eredményt adtak, egy csapásra megoldva ezzel a a közepes tömegű csillagok hiányzó porának rejtélyét.

Magfizika a hegy gyomrában

A LUNA jelenleg az egyetlen földalatti részecskegyorsító a világban, amely kifejezetten az asztrofizikai szempontból érdekes magreakciókat kutatja. A létesítmény az Olasz Magfizikai Intézet (INFN) Gran Sasso Laboratóriumában található, és több mint egy kilométer vastag kőzetréteg alatt helyezkedik el.

A Hélix- vagy Csiga-köd egy élete végéhez érő csillag. A csillag ledobta külső rétegeit, amelyek most planetáris ködként világítanak. Ezek a külső rétegek egyben gazdagok olyan porszemekben is, amelyeket a naprendszerbeli meteoritokban is találunk. Forrás: NASA, ESA, C.R. O'Dell (Vanderbilt University)

„A kőzet egyfajta pajzsként szolgál, amely elszigeteli a mérni kívánt, nagyon ritka eseményeket mindenfajta zavartól, ami a felszínen érné őket. Így lehetőségünk nyílik arra, hogy hatékonyabban vizsgáljuk a csillagok belsejében zajló magreakciókat, például azokat, amelyekből végül a csillagpor lesz” – magyarázta Fülöp Zsolt, az MTA Atomki kutatója.

Maria Lugaro ERC által támogatott kutatási programjáról itt írtunk részletesebben.Maria Lugaro – aki Lendület-csoportvezetőként, majd 2016 végétől ERC Consolidator Grant-nyertesként az MTA CSFK-ban kutat – a következőket fűzte hozzá az eredményekhez: „A hiányzó csillagpor régóta fennálló problémája nagyon kényelmetlen helyzet volt a számunkra: megkérdőjelezte mindazt, amit a Tejútrendszerben lévő por eredetéről és fejlődéséről tudtunk. Nagy megkönnyebbülés, hogy végre azonosítottuk a nagyobb csillagokból született porszemeket, köszönhetően a LUNA eme alapvető magreakcióról végzett újabb vizsgálatainak.”

A LUNA mögött egy kb. 40 főből álló nemzetközi együttműködés áll, Németország, Olaszország, az Egyesült Királyság, illetve az MTA Atomki és az MTA CSFK kutatói révén Magyarország közreműködésével.

A kutatók most megjelent szakcikke itt olvasható.