Kutatók kiderítették: a Nap viszonylag gyorsan, 10-20 millió év alatt alakult csillaggá

Magyar kutatók is részt vettek a Nap születésének időskálájának megmérésében.

Naplemente Franciaországban. Fotó: Biosphoto via AFP

Egy nemzetközi kutatói együttműködés, köztük a HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (CSFK) Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet és a Szegedi Tudományegyetem asztrofizikusai megmérték a Nap születésének időskáláját. 

Eredményeik szerint a Nap viszonylag gyorsan, 10-20 millió év alatt alakult csillaggá a keletkezési területének gázanyagából és nem egymagában született, hanem egy nagy csillagcsaládban.

A vizsgálat során a kutatók először megmérték a teljesen ionizált tallium ionok bomlását a németországi GSI/FAIR laboratórium speciális részecskegyorsítójának segítségével, majd a kísérlet eredményei alapján ki tudták számítani, mennyi radioaktív ólom (205Pb) keletkezik a csillagok belsejében. A kutatók a keletkező radioaktív ólom mennyisége alapján 10-20 millió év közé eső értéket határoztak meg a Nap szülő-gázanyagból történő kialakulásának időskálájára vonatkozóan - olvasható a HUN-REN CSFK szerdai közleményében.

A kutatók eredményeiket szerdán publikálták a Nature című folyóiratban.

A Nap keletkezésének időskáláját a csillagászok úgy tudják vizsgálni, hogy a Nap szülő-molekulafelhőből való kialakulásának „órájaként” azoknak a hosszú élettartamú, radioaktív atommagoknak a bomlását használják, amelyek más csillagokban keletkeztek még a Nap születése előtt. 

A Nap születése óta eltelt 4,6 milliárd évben ezek a radioaktív atommagok már elbomlottak, de a meteoritokban kimutatható bomlástermékeikben hátrahagyták lenyomatukat.

A vizsgálat elvégzéséhez az ideális alany a radioaktív ólom (205Pb), az egyetlen radioaktív atommag, amely kizárólag közepes tömegű, a Napnál körülbelül kétszer-négyszer nagyobb tömegű csillagokban képes keletkezni neutronbefogás útján.

A Földön a radioaktív ólom (205Pb) atomok 205Tl (tallium) atommá bomlanak egy atomi elektron befogásával, ami által az egyik protonjuk neutronná alakul át. A csillagokban, ahol a hőmérséklet sokkal magasabb (akár több százmillió Celsius-fok) és az atomokból az összes elektron kiszakadt, a fordított folyamat is végbe tud menni: a 205Tl bomlik 205Pb-re. Ez egy kivételes ritka bomlási mód.

„A két atommag komplex viselkedése miatt a csillagokban keletkező radioaktív ólom mennyiségét csak akkor tudjuk megbecsülni, ha ismerjük, hogy a két atommag egymássá bomlásának sebessége hogyan változik a hőmérséklettel a csillag belsejében. Problémát jelent, hogy ezeket a bomlásokat normál laboratóriumi körülmények között nem lehet mérni, mivel a Földön a tallium stabil” - magyarázzák a kutatók.

Ennek az akadálynak az áthidalására egy, 12 ország 37 intézményének kutatóiból álló csoport megmérte a teljesen ionizált tallium ionok bomlását a németországi GSI/FAIR laboratórium speciális részecskegyorsítójának segítségével. Ehhez a talliumot meg kellett fosztani az összes elektronjától és ebben a különleges állapotban kellett tartani több órán keresztül.

A munkát ezután az asztrofizikusok vették át, köztük a HUN-REN CSFK Csillagászati Intézet és a Szegedi Tudományegyetem kutatói, akik új csillagmodellek számításával megbecsülték, mennyi radioaktív ólom dobódik ki a közepes tömegű csillagokból.

„A bomlási ráták pontosított értékei lehetővé teszik számunkra, hogy nagy bizonyossággal megbecsüljük, mennyi radioaktív ólom (205Pb) keletkezett a csillagokban és jutott a Napunk szülő-gázfelhőjébe” - ismertette Szányi Balázs, a Szegedi Tudományegyetem Fizika Doktori Iskolájának hallgatója.

„A meteoritokból származtatható radioaktív ólom mennyiséggel összevetve megállapítottuk, hogy a Nap viszonylag gyorsan, 10-20 millió év alatt alakult csillaggá a keletkezési területének gázanyagából. Ez összhangban van ugyanezen csillagokban keletkezett más radioaktív atommagokkal. Ez azt jelenti, hogy a Napunk nem egymagában született, hanem egy nagy csillagcsaládban, számos testvérével együtt, amelyek régen szétszéledtek és elvesztették egymást” - foglalta össze a közleményben Maria Lugaro, a Csillagászati Intézet kutatója.

„Az úttörő kísérleti berendezések, a világ magfizikai és asztrofizikai kutatócsoportjainak interdiszciplináris együttműködése és rengeteg kemény munka segíthet megérteni a csillagok belsejében zajló nukleáris folyamatokat. Az új kísérletünk feltárta azon 4,6 milliárd évvel ezelőtti események időskáláját, amelyek a Napunk kialakulásához vezettek” - emeli ki Guy Leckenby, a kanadai nemzeti részecskegyorsító központ (TRIUMF) PhD-hallgatója és a publikáció első szerzője.

A kutatók munkájukat elhunyt kollégáik, Fritz Bosch, Roberto Gallino, Hans Geissel, Paul Kienle, Fritz Nolden, and Gerald J. Wasserburg emlékére ajánlják, akik több évtizeden át támogatták ezt a kutatást - áll a közleményben.