Evrenimizdeki kimyasal elementler nasıl üretiliyor? Altın ve uranyum gibi ağır elementler nereden geliyor? GSI Helmholtz Ağır İyon Araştırmaları Merkezinde çalışan bir araştırma takımı, Belçika ve Japonya’daki meslektaşlarıyla birlikte çeşitli bilgisayar canlandırmaları yürüterek, ağır element sentezinin yörüngesinde madde biriken (bkz. birikim diski) belli kara deliklerde tipik bir özellik olduğunu göstermiş. Oluşan elementlerin bu tahmini bolluğu, gelecekte ağır elementlerin kökenlerini ortaya çıkarmak için hangi ağır elementlerin üzerinde çalışılması gerektiğine dönük fikir veriyor. Günümüzde yapım aşamasında olan Antiproton ve İyon Araştırmaları Tesisi (FAIR) de bu gibi çalışmaların yapılacağı yerlerden biri. Araştırmanın sonuçları, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society bülteninde yayımlandı.
Bugün Dünya’da bulunan bütün ağır elementler, astrofiziksel ortamlardaki uç noktalı koşullarda; örneğin yıldızların içinde, yıldız patlamalarında ve nötron yıldızlarının çarpışması esnasında oluşmuş. Araştırmacılar, bu astrofiziksel olayların hangilerinin altın veya uranyum gibi en ağır elementlerin oluşumu için uygun koşullar taşıdığını merak etmişler. 2017 yılında nötron yıldızlarının birleşmesiyle çıkan elektromanyetik radyasyon ile kütleçekim dalgalarının ilk tespit edilişi, bu kozmik çarpışmalarda pek çok ağır elementin oluşup yayılabileceğini akla getirmiş. Fakat bu maddelerin ne zaman ve nasıl dışarı atıldığı ile ağır elementlerin başka senaryolar altında üretilip üretilmediği henüz belli değil.
Ağır elementlerin oluşumunda umut vadeden adaylardan biri de, etrafında yoğun ve sıcak maddeden oluşan bir birikim diskinin bulunduğu kara delikler. Böyle bir sistem, hem iki devasa nötron yıldızının birleşmesinden önce ve sonra hem de dönen bir yıldızın çöküp patlamasından sonra oluşuyor. Bu gibi birikim disklerinin iç bileşimleri, özellikle aşırı miktarda nötronun oluştuğu şartlar hususunda şimdiye kadar çok anlaşılamamış. Yüksek nötron miktarı, hızlı nötron yakalama işlemini (r süreci) mümkün kıldığı için ağır elementlerin sentezinde temel bir gereksinim. Neredeyse kütlesiz olan nötrinolar, protonlar ve nötronlar arasıdaki dönüşümü mümkün kıldıklarından bu süreçte önemli bir rol oynuyor.
GSI’nın Teori adlı araştırma bölümünün Göreli Astrofizik grubunda çalışan Dr. Oliver Just şöyle aktarıyor: “Yürüttüğümüz çalışmada detaylı bilgisayar canlandırmaları kullanarak, nötronların ve protonların dönüşüm oranlarını büyük miktardaki disk tipinde ilk defa sistematik olarak araştırdık ve bu disklerin, belli koşullar sağlandığı takdirde nötronlar bakımından çok zengin olduğunu bulduk. Diskin toplam kütlesi, bu noktada belirleyici etmen. Disk ne kadar ağır olursa, elektronların nötrino yayılımı etkisinde tutulmasıyla beraber protonlardan daha sık nötrino oluşuyor ve ağır elementlerin r süreci yoluyla sentezinde daha fazla nötrino bulunuyor. Fakat diskin kütlesi çok büyükse, bu ters tepkime daha büyük bir rol oynuyor ve nötronlar, diski terk etmeden önce daha fazla nötrino yakalıyor. Bu nötronlar daha sonra tekrar protonlara çevriliyor ve bu durum r sürecine engel oluyor.”
Kaynak: GSI Helmholtz Ağır İyon Araştırmaları Merkezi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
