Kronika Vesmíru (7) – Supernovy a tvorba těžkých prvků

V předchozím díle jsme viděli, jak hvězdy „vaří“ prvky až po železo. Když masivní hvězda dosáhne ve svém jádru železa, její osud je zpečetěn. Už nemůže získávat energii fúzí. Gravitace zvítězí a jádro se během zlomku sekundy zhroutí.

Toto zhroucení spustí jednu z nejsilnějších explozí ve vesmíru – supernovu.

Dva hlavní typy supernov

Astronomové rozlišují především:

• Supernova typu II (a Ib, Ic) — zhroucení jádra masivní hvězdy po vyčerpání jaderného paliva. Právě tyto explozie produkují r-process a tvoří neutronové hvězdy nebo černé díry.
• Supernova typu Ia — úplně jiný mechanismus: bílý trpaslík v těsné dvojhvězdě nasaje tolik hmoty od partnera, že překročí limit stability a exploduje. Všechen materiál je rozmetán do vesmíru — jádro nezůstane. Typ Ia mají velmi uniformní jas a slouží jako „standardní svíčky“ pro měření vzdáleností ve vesmíru — právě díky nim jsme objevili temnou energii.

Co se stane při explozi supernovy

Během několika sekund se uvolní energie, která by stačila na to, aby Slunce svítilo miliardy let. Vnější vrstvy hvězdy jsou odhozeny do vesmíru rychlostí desítek tisíc kilometrů za sekundu.

Právě v této chvíli, při obrovském tlaku a teplotě, vznikají prvky těžší než železo. Tento proces se nazývá r-process (rychlé zachytávání neutronů). Prvky mezi železem a olovem (např. stříbro, xenon) vznikají částečně i pomalejším s-processem v atmosféřách starších hvězd — ale nejtěžší prvky jsou doménou explozí.

Neutrony se v obrovském množství přilepují na jádra atomů tak rychle, že jádra nestihnou radioaktivně rozpadnout.

Tímto způsobem vznikají například:

• zlato
• platina
• stříbro
• olovo
• uran
• a mnoho dalších těžkých prvků

Co zbyde po supernově

Jádro masivní hvězdy se po explozi může zhroutit v neutronovou hvězdu — objekt o velikosti města, ale s hmotností větší než Slunce. Ještě extrémnější zhroucení vytvoří černou díru. Obě jsou důkazem, že hvězda svůj jaderný zdroj energie vyčerpala.

Kilonovy – další továrna na těžké prvky

Když se dvě neutronové hvězdy srazí (tzv. kilonova), dojde k dalšímu r-processu. V roce 2017 jsme poprvé přímo pozorovali takovou událost (GW170817) — gravitační vlnou i zářením. Detailněji se jí budeme věnovat v dalším díle.

Jak se prvky dostanou k nám

Explodující supernovy a kilonovy rozmetají nově vzniklé prvky do mezihvězdného prostoru. Tam se mísí s plynem a prachem a stávají se součástí nových molekulárních oblaků.

Z těchto obohacených oblaků se pak rodí nové hvězdy a planety – včetně naší Sluneční soustavy.

Jsme doslova dětmi supernov

Každý atom zlata v prstenu, každá stopa uranu v zemské kůře, každý atom jodu v naší štítné žláze – to všechno vzniklo v explozích hvězd před miliardami let.

Bez supernov by ve vesmíru existoval jen vodík, helium a trocha lithia. Žádné planety, žádný život, žádná složitá chemie by nebyla možná.

Shrnutí celé chemické evoluce

• První minuty po Velkém třesku → vodík a helium
• Jádra hvězd → uhlík, kyslík, železo
• Supernovy a kilonovy → všechno těžší než železo

Díky tomuto dlouhému řetězci se vesmír postupně obohacoval o chemické prvky, ze kterých se nakonec zformovala naše Sluneční soustava.

A právě teď se blížíme k okamžiku, kdy se z tohoto obohaceného materiálu před 4,6 miliardy let začne rodit naše Sluneční soustava — sluneční mlhovina, planety a nakonec Země. Ale to už je další kapitola Kroniky vesmíru.