Czy w gwiazdach powstaną nowe, nieznane dziś pierwiastki?

Pytanie

Pyta Artur

Naukowcy uczą nas o ewolucji gwiazd, które powstają i umierają, dzięki temu tworzone są nowe pierwiastki, gwiazdy znów się tworzą i znów umierają, i tak w kółko. Czy jest sens odkrywania nowych pierwiastków (między innymi w CERN'ie), jeżeli nowych pierwiastków „nie mamy” jako tako fizycznie, a ich okres życia jest bardzo krótki?Może Wszechświat jest po prostu jeszcze „za młody”, żeby pojawiły się nowe pierwiastki?

Odpowiedź

Odpowiada Wojciech Lulka

Gwiazdy zaczynają życie jako kule wodoru, na tyle masywne, by w ich wnętrzu doszło do samoistnej fuzji jądrowej, czyli połączenia się dwóch atomów w jeden cięższy. Gwiazdy w czasie swojego życia łączą wodór najpierw w hel, a później w coraz to cięższe pierwiastki, aż do żelaza 56 (słońce prawdopodobnie nigdy żelaza nie wytworzy, ponieważ jest do tego zbyt lekkie). Żelazo jest tutaj szczególne, ponieważ nie da się już go doprowadzić do dalszej fuzji tak, aby uzyskać energię.

Wszystkie pierwiastki cięższe od żelaza powstają podczas śmierci gwiazd, w szczególności podczas śmierci tych najcięższych, czyli tzw. supernowych, ponieważ wtedy jest uwalniana ogromna energia, a sama gwiazda się zapada, przez co niejako zmusza do fuzji pierwiastki, których fuzja już kosztuje energię. To właśnie podczas supernowych powstały najcięższe naturalnie występujące pierwiastki na Ziemi, takie jak ołów czy uran. Jednak to nie znaczy, że nie powstały wtedy inne. Uran jest najcięższym występującym naturalnie pierwiastkiem, ponieważ ma okres połowicznego rozpadu liczony w miliardach lat, więc był w stanie bez problemu przeżyć od momentu powstania do dzisiaj. Podczas wybuchu najcięższych gwiazd powstaje ogromna gama różnych pierwiastków, w tym również takich, które na Ziemi nigdy nie istniały, ponieważ są zbyt niestabilne, by mogły uczestniczyć w jej powstawaniu.

Obecnie gwiazdy już nie produkują nowych pierwiastków, tj. nigdy nie istniejących. Teraz jedynie zmieniają wodór w cięższe pierwiastki. Jednak z dużą pewnością można stwierdzić, że wszystkie pierwiastki, które mogą istnieć już zaistniały (chociażby na bardzo krótką chwilę, włączając w to superciężkie pierwiastki, które na Ziemi nigdy nie istniały).

Głównym powodem, dla którego wytwarzamy takie ciężkie pierwiastki, jest ciekawość, służąca weryfikacji, czy to co wiemy o budowie atomów, jest poprawne. Nasza obecna wiedza pozwala nam na przewidywanie wielu właściwości tych pierwiastków, które potrafimy zbadać nawet w czasie ich bardzo krótkiego istnienia. Na przykład przewidujemy, że niektóre superciężkie pierwiastki będą dużo stabilniejsze niż inne (nazywamy to wyspą stabilności). To, gdzie dokładnie taka wyspa jest (który pierwiastek jest najstabilniejszy) oraz jak stabilne są pierwiastki należące do tej wyspy, może nam bardzo dużo powiedzieć.