Het edelmetaal goud ontstaat volgens Duitse en Belgische onderzoekers als neutronensterren met elkaar botsen en versmelten.

Door fusie van atoomkernen binnenin sterren ontstaan zwaardere elementen, maar bij ijzer, met atoomnummer 26, houdt de groei op. Theoretisch onderzoek levert nu een antwoord op de vraag waar dan de zwaardere elementen vandaan komen. De kosmische smeltkroes waarin lood, goud, uraan en andere elementen ontstaan, bestaat uit extreem hete materie die vrijkomt bij de energierijke botsingen tussen neutronensterren.

De afgelopen decennia luidde het gangbare idee dat zware elementen ontstaan bij een supernova, een krachtige explosie die optreedt als een ster aan het eind van zijn leven ineenstort. Volgens recente modellen is dat echter onwaarschijnlijk. Hans-Thomas Janka in het Max-Planck-instituut voor astrofysica en zijn collega’s zochten naar andere energierijke processen in het heelal waarbij goud en andere zware elementen kunnen ontstaan. Ze denken dat ze met hun modellen van botsende neutronensterren nu een goede verklaring voor het raadsel hebben.

Isotopen

Twee processen spelen een rol bij het ontstaan van zwaardere elementen. Bij het s-proces, met de s van slow, is er sprake van atoomkernen die bij een lage neutronendichtheid neutronen absorberen, waarbij zwaardere isotopen ontstaan. Het veel snellere r-proces (r staat dan voor rapid) treedt op bij een hoge neutronendichtheid en zorgt voor het ontstaan van de zwaarste elementen.

Met een computermodel berekenden de wetenschappers wat er gebeurt als neutronensterren met elkaar botsen. Daarin waren ook de bekende gegevens van kernreacties van 5000 typen atoomkernen meegenomen. Door getijde – en drukkrachten werpen de versmeltende neutronensterren in een fractie van een seconde een grote hoeveelheid materie van zich af, en dat wordt extreem heet. Na afkoelen daarvan tot ongeveer tien miljard graden kelvin beginnen kernreacties op te treden, waaronder radioactief verval.

Volgens Stephane Goriele, van de ULB in Brussel, is het resultaat onafhankelijk van de uitgangssituatie. De aard van de reacties bepalen uiteindelijk welke elementen ontstaan en in welke verhoudingen. Geen wonder, stellen de astronomen, dat tot nog toe in vele sterren en in het zonnestelsel vergelijkbare relatieve hoeveelheden zijn gevonden van de elementen die door het r-proces kunnen ontstaan.

Met name de berekende percentages aan elementen met een hoge kernmassa vanaf barium, element nummer 56 in het periodiek systeem – kloppen prima met waarnemingen in het zonnestelsel. Gekoppeld aan de geschatte frequentie van botsingen tussen neutronensterren in de Melkweg lijkt het erop dat de onderzoekers met hun model de voornaamste bron van zware elementen hebben gevonden. Nu hopen de onderzoekers dat telescopen de zeldzame botsingen van neutronensterren zullen waarnemen zodat de waargenomen straling dan de uitkomst van hun modellen kan bevestigen.