Michigan Eyalet Üniversitesi’ndeki Nadir İzotoplar Tesisi’ndeki (FRIB) araştırma, beş yeni izotop sentezledi: tülyum-182, tülyum-183, iterbiyum-186, iterbiyum-187 ve lutetyum-190. Bilim insanları bu izotopları Dünya üzerinde ilk kez elde etmeyi başardılar; bunlar daha önce gezegenimizde bulunmamıştı.
Ultra yoğun nötron yıldızlarının birleşmeleri, altın ve gümüş gibi ağır elementlerin oluşumuna ilişkin olası senaryolardan biri olarak değerlendiriliyor. Bu çalışma, bilim adamlarını bu tür füzyonlar sırasında meydana gelen süreçleri ve ağır elementlerin oluşumunu anlamaya daha da yaklaştırdı.
Yıldızlar, hidrojenden demire kadar elementlerin sentezinin gerçekleştiği nükleer fırınlar olarak düşünülebilir. Ancak demirden daha ağır elementler yaratmak için özel bir koşul gereklidir: nötron yıldızlarının çarpışması.
Büyük yıldızların yaşam döngülerinin sonunda, ağır elementleri sentezleyemeyen demir çekirdekleri kalır. Bu yıldızların kendi çekimsel etkileri nedeniyle çökmesini engelleyen enerji tükeniyor. Bu nükleer çöküşe ve süpernova patlamalarına yol açar. Ancak elektronlar ve protonlar, kuantum fiziğinin “yozlaşma” adı verilen bir yönü nedeniyle birleşmeleri engellenen bir nötron denizine dönüştüğünde bu çöküş durdurulabilir. Eğer yıldızın çekirdeği yeterli kütleye sahipse, bu yozlaşma baskısının üstesinden gelinebilir, bu da çökmeye ve bir kara deliğin “doğumuna” yol açar. Ancak bazen başlangıçtaki kütle yeterli olmaz ve yıldızlar nötron yıldızlarına “yeniden oluşur”.
Üstelik, nötron yıldızının başka bir büyük yıldızla ikili sistemde var olması ve bu yıldızın sonunda bir nötron yıldızına “yozlaşması” nükleer füzyonun sonu değildir.
Kütleleri Güneş’ten bir ila iki kat daha büyük olan bu süper yoğun yıldızlar, dar yörüngelerde birbirlerinin yörüngesinde döner ve kütleçekim dalgaları yayarlar. Yerçekimi dalgaları sistemden açısal momentumu uzaklaştırarak nötron yıldızlarının birbirine yaklaşmasına ve daha büyük yoğunlukta kütleçekim dalgaları yaymasına neden olur. Bu, sonunda birbirleriyle birleşinceye kadar devam eder.
Sürecin aşırı doğası göz önüne alındığında, bu tür ikili sistemlerdeki nötron yıldızı çarpışmaları son derece agresif bir ortam yaratır. Örneğin bu olay nötron bakımından zengin bir maddenin açığa çıkmasına neden olur. Bu maddenin altın ve diğer ağır elementlerin sentezi için önemli olduğuna inanılmaktadır. Serbest nötronlar diğer atom çekirdekleri tarafından yakalanabilir. Bu atom çekirdekleri daha sonra ağırlaşır ve süper ağır kararsız izotoplara yol açar. Bu kararsız izotoplar sonunda süper ağır elementlerden daha hafif, ancak demirden daha ağır olan altın gibi kararlı elementlere dönüşür.
Eğer bilim insanları bu süreçte yer alan süper ağır elementleri yeniden yaratabilselerdi, altının ve diğer ağır elementlerin yaratım sürecini daha iyi anlayabilirlerdi. Beş yeni izotopun (tülyum-182, tülyum-183, iterbiyum-186, iterbiyum-187 ve lutesyum-190) sentezi, bilim adamlarının ağır elementlerin oluştuğu koşulları yeniden yaratmasına olanak tanıyor. FRIB’deki bir hedefe platin iyonlarının ateşlenmesiyle oluşturulurlar. Bu belirli izotopların nötron yıldızı enkazında bulunmaması muhtemel olsa da, bunların Dünya’da yaratılışı, daha sonra altın da dahil olmak üzere kararlı elementlere dönüşebilecek geçici süper ağır elementlerin yaratılmasına yönelik bir adımdır.