Wetenschappers hebben aanwijzingen ontdekt voor een nieuwe wereld van elementen buiten het periodiek systeem. Uit een nieuwe studie blijkt dat oude sterren mogelijk extreem zware elementen produceerden die onbekend waren bij de wetenschap. De rijke diversiteit aan elementen in het hedendaagse universum is te danken aan sterren. Deze kosmische fabrieken halen elementen uit hun omgeving en smelten ze samen om nieuwe elementen te creëren, en wanneer de sterren uiteindelijk sterven, verspreiden ze de vruchten van hun arbeid door het hele universum. Dit geeft de volgende generatie sterren een geavanceerder startpunt, waardoor ze meer en zwaardere elementen kunnen produceren.

Maar wat zijn de grenzen van dit proces en hoe zwaar kan een element zijn? Deze vragen staan ​​centraal in nieuw onderzoek door wetenschappers van de North Carolina State University.

Het gewicht van elementen wordt bepaald door hun atoommassa, die wordt gedefinieerd als het aantal protonen en neutronen in de kern van een enkel atoom van het element. Het zwaarste natuurlijk voorkomende element is uranium, met een atoommassa van 238.

De zwaarste elementen ontstaan ​​via het zogenaamde ‘r-proces’, dat alleen kan plaatsvinden in de extreme omgevingen van neutronensterren. In wezen worden atoomkernen die in een ster zweven binnen een fractie van een seconde overspoeld met neutronen, en sommige van die neutronen worden vervolgens omgezet in protonen. Hierdoor ontstaan ​​atomen van zware elementen zoals platina of uranium.

‘Als je elementen zwaarder wilt maken dan lood en bismut, dan is het r-proces nodig. Er moeten snel veel neutronen worden toegevoegd, maar het probleem is dat daarvoor veel energie en neutronen nodig zijn. En de beste plaats om beide te vinden is wanneer een neutronenster wordt geboren of sterft, of wanneer neutronensterren botsen en de originele ingrediënten voor dit proces creëren.’

Het team bestudeerde de samenstelling van 42 goed bestudeerde sterren in de Melkweg waarvan bekend is dat ze zware elementen bevatten die in vroege sterren zijn gevormd. In plaats van elke ster afzonderlijk te bestuderen, bestudeerden de onderzoekers collectief de elementabundanties in hele sterrenpopulaties en ontdekten ze patronen die voorheen werden genegeerd.

De onderzoekers ontdekten dat bepaalde elementen, waaronder ruthenium, rhodium, palladium en zilver, overvloedig aanwezig waren in deze sterren, maar dat de elementen die er direct naast stonden in het periodiek systeem niet dezelfde correlatie hadden. Het team zegt dat dit bewijst dat deze elementen zijn gevormd door het verval van zwaardere elementen. De onderzoekers werkten achteruit en berekenden dat de atoommassa van het zware element minimaal 260u was.

"Het getal 260 is interessant omdat we nog nooit zoiets zwaars van nature in de ruimte of op aarde hebben gedetecteerd, zelfs niet bij kernwapentests," zei Rodler. "Maar het zien ervan in de ruimte geeft ons inzicht in hoe we denken over modellen en splijting - en kan ons inzicht geven in hoe de rijke diversiteit aan elementen wordt gevormd."

Wetenschappers hebben lang geloofd dat er misschien meer elementen buiten het periodiek systeem zijn, maar hun atoommassa's maken ze onstabiel, zodat ze snel vervallen tot lichtere elementen. Dit maakt het vinden en bestuderen ervan uiteraard ook buitengewoon lastig: het zwaarste bekende element, Oganesson, heeft een atoommassa van 294u, en er zijn ooit slechts vijf atomen van dit element in het laboratorium geproduceerd.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Science.