Najdziwniejsza gwiazda

Gwiazdy to kule gazu płonącego “nuklearnym ogniem”. To znaczy, że sam grawitacyjny ścisk w ich wnętrzu wystarcza, by miażdżyć atomy i tworzyć nowe, cięższe pierwiastki. Nazywamy to fuzją jądrową a procesowi towarzyszy emisja promieniowania, w tym widzialnego światła.

Analizując światło emitowane przez gwiazdy, można wyciągnąć wnioski o ich składzie. W gwiazdach ciągu głównego dominuje wodór i hel, nawet w tych o których powiemy, że są u schyłku życia i “wypaliły” swoje paliwo, pierwiastki te będą stanowić nawet 70% składu. Różnice w składzie gwiazd tkwią w niuansach. Gwiazdy późniejszych generacji mogą mieć więcej ciężkich pierwiastków, bo mogły powstać z obłoków gazu powstałych w wyniku eksplozji wcześniejszych gwiazd, które rozrzuciły swoje wnętrzności po kosmosie.

Analiza spektralna (i nie tylko) pozwala na szufladkowanie gwiazd według różnych cech. Czasem jednak trafi się coś _naprawdę_ dziwnego. W 1961 Antoni Przybylski, nasz rodak, przyjrzał się dokładniej gwieździe HD 101065, którą później zaczęto nazywać po prostu Gwiazdą Przybylskiego. Jej spektrum zupełnie nie przystawało do żadnej klasyfikacji. Wyglądało na to, że w gwieździe jest dość mało żelaza i niklu, natomiast duże ilości egzotycznych, rzadkich pierwiastków - strontu, holmu, niobu, skandu, neodymu, toru, uranu…

Późniejsze obserwacje wykazały, że jest więcej gwiazd, które dzielą te (wciąż trudne do wyjaśnienia) cechy, jednak okazało się też, że Gwiazda Przybylskiego jest jeszcze dziwniejsza… Spektrum wskazało na obecność pierwiastków z grupy aktynowców takich jak, aktyn, pluton, ameryk, kiur, berkel, kaliforn, einstein. Czemu to dziwne, pytacie? Otóż ich czas połowicznego rozpadu jest bardzo krótki. Najbardziej trwały izotop einsteinu ulega połowicznemu rozkładowi w jakieś półtora roku. Więc po trzech latach jego zawartość w gwieździe spadłaby czterokrotnie. Po czterech i pół roku ośmiokrotnie… Po zaledwie trzydziestu latach zostałaby jedna milionowa zawartości tego pierwiastka. A inne z wykrytych tam atomów mają nawet krótsze czasy rozpadu.

Trzydzieści lat to mgnienie oka dla gwiazd, które istnieją miliard lat (Gwiazda Przybylskiego jest czterokrotnie cięższa od naszej gwiazdy więc nie przetrwa ~9 miliardów lat jak Słońce). Co tu dużo mówić, nawet czas połowicznego rozpadu Plutonu, wynoszący 24 000 lat to bardzo mało dla gwiazdy. Dlatego fakt, że możemy wykryć te wszystkie egzotyczne pierwiastki jest zadziwiający.

Możliwe, że mogą one pochodzić z jakiejś pobliskiej supernowej. Eksplozje umierających, masywnych gwiazd są źródłem ciężkich pierwiastków - fala uderzeniowa miażdży ciężkie pierwiastki w jeszcze cięższe, które nigdy by nie powstały w czasie normalnej fuzji jądrowej w centrum gwiazdy. Więcej o tym niesamowitym procesie możecie przeczytać w mojej notce “Teoria mniejszego wybuchu”. Wracając do Gwiazdy Przybylskiego, poleganie na zbiegu okoliczności nie jest zbyt atrakcyjne dla naukowców.

Alternatywne wyjaśnienia oferują oczywiście internauci. Może Gwiazda Przybylskiego to taki śmietnik kosmitów, gdzie wrzucają swoje przemysłowe odpadki, resztki po eksperymentach i temu podobne. Albo to taki sygnał ostrzegawczy dla innych kosmitów - “patrzcie, potrafimy zasiewać gwiazdy groźnymi, radioaktywnymi pierwiastkami - nie podskakujcie nam”. Jak zawsze - kiedy nie wiesz co się dzieje, powołaj się na kosmitów.

Jest jednak bardzo interesujące (acz niepełne i niepotwierdzone) wyjaśnienie, które nie wymaga sił nadprzyrodzonych ani zbiegu okoliczności. Na ratunek astronomom (i być może ku rozczarowaniu internautów) przyszli fizycy. Zasugerowali oni, że rzadkie pierwiastki mogą być “po prostu” cały czas uzupełniane w Gwieździe Przybylskiego, dzięki czemu są w niej obecne teraz, ale byłyby obecne też obecne gdyby małpy z teleskopami na Ziemi zeszły z drzew wcześniej lub później.

Rzadkie pierwiastki byłyby skutkiem rozpadu superciężkich atomów z teoretycznej “wyspy stabilności”. Istnieje ćwierć tysiąca stabilnych jąder atomów. Liczą one od jednego (wodór) po 82 (ołów) protony i różne ilości neutronów. Wszystkie pierwiastki cięższe niż ołów są mniej lub bardziej niestabilne i z czasem ulegają rozpadowi. Jednak badając właściwości pierwiastków naukowcy zauważyli, że istnieją pewne regularności, że niektóre jądra są bardziej stabilne niż inne. Konkretnie, wygląda na to, że pewne liczby protonów i neutronów są “faworyzowane”. Tak narodziła się hipoteza o “wyspie stabilności”, według której atom, którego jądro liczy około 120 protonów i ponad 180 neutronów byłby wyjątkowo stabilny. Tak gargantuiczne atomy, mogłyby rozpadać się m.in na atomy z grupy aktynowców, tak zaskakujące w Gwieździe Przybylskiego.

Obecnie nie mamy technicznej możliwości wytworzenia tak ciężkich pierwiastków w laboratoriach, trudno więc zweryfikować czy to właśnie wyjaśnia dziwaczne widmo tej gwiazdy. Jednak nawet gdyby, to jedynie przesunęłoby tajemnicę Gwiazdy Przybylskiego o jeden krok. Nowe pytanie brzmiałoby - dlaczego ta konkretna gwiazda ma w sobie pierwiastki z wyspy stabilności? Nie jest ani cięższa ani większa niż inne… Nie znajduje się w nietypowym regionie. A może… kosmici?

Zostawiam Was z tym pytaniem. Chciałem tylko podzielić się samym faktem istnienia tej szalenie ciekawej zagadki, bo jak się okazuje ani Przybylski ani “jego” gwiazda nie posiadają nawet polskich haseł w Wikipedii.

A jeśli chcecie się dowiedzieć więcej o kaprysach atomów, ich stabilności i niestabilności (a zatem również o rozpadach), to swojego czasu popełniłem notkę “Kaprysy atomów – stabilność i radioaktywność”. Zachęcam do lektury.