En dus is een nieuw mysterie geboren: waar komt al dat goud vandaan?

De oerknal bracht een aantal elementen voort: al het waterstof dat in het universum te vinden is en daarnaast veel helium en lithium. En dat is het wel zo’n beetje. Alle andere van nature voorkomende elementen ontstonden later, dankzij nucleaire processen die spelen in het binnenste van sterren. “Je kunt sterren zien als enorme hogedrukpannen waarin nieuwe elementen gecreëerd worden,” zo vertelt onderzoeker Amanda Karakas. “De reacties die deze elementen voortbrengen, zorgen ook voor de energie die sterren miljarden jaren op rij laat schijnen. En naarmate de sterren ouder worden gaan ze – doordat hun binnenste opwarmt – steeds zwaardere en zwaardere elementen produceren.” Die elementen worden door de ster uiteindelijk allemaal weer teruggegeven aan het universum. Zo slingeren zware sterren die aan het einde van hun leven een supernova-explosie doormaken de geproduceerde elementen tijdens die explosie de ruimte in.

Neutronensterren
Van sommige heel zware elementen wordt echter aangenomen dat ze op een iets andere manier ontstaan. Ongeveer de helft van alle elementen zwaarder dan ijzer – denk bijvoorbeeld aan uranium, maar ook aan goud – zouden ontstaan tijdens botsingen tussen neutronensterren.


Neutronensterren zijn eigenlijk opgebrande resten van sterren met een enorm hoge dichtheid. Hoewel al jaren vermoed werd dat deze wel eens met elkaar in botsing konden komen en dat zo allerlei zware elementen het levenslicht zagen, konden onderzoekers pas in 2017 bevestigen dat dergelijke botsingen daadwerkelijk plaatsvinden. Het leek het idee dat deze botsingen de geboorteplaats van zware elementen zoals goud en uranium markeerden, te onderschrijven.

Overschatting
Maar in een nieuw onderzoek stellen wetenschappers nu dat we de rol van botsende neutronensterren als het gaat om de geboorte van goud en verschillende andere zware elementen hebben overschat. En dat er een aanvullend stellair proces nodig is om bijvoorbeeld de grote hoeveelheid goud die we vandaag de dag in het universum aantreffen te kunnen verklaren. “Botsingen tussen neutronensterren produceerden in de jonge jaren van het universum niet genoeg zware elementen en dat doen ze vandaag de dag, zo’n 14 miljard jaar later, ook nog niet,” stelt Karakas. “Er vinden simpelweg niet genoeg van deze botsingen plaats om de overvloed aan zware elementen die we vandaag de dag zien, te kunnen verklaren.”

Draaiende supernovae
Volgens de onderzoekers is het leeuwendeel van het goud in de kosmos niet ontstaan tijdens botsingen tussen neutronensterren. “Zelfs de meest optimistische schattingen omtrent de frequentie waarmee neutronensterren in botsing komen, kan de relatieve overvloed aan goud en andere elementen in het universum niet verklaren,” aldus onderzoeker Chiaki Kobayashi. “Dat is een verrassing.” En het roept de vraag op welk ander proces heeft bijgedragen aan de hoeveelheid goud die we vandaag de dag in de kosmos aantreffen. De onderzoekers hebben daar wel ideeën over. “Het lijkt erop dat draaiende supernovae met krachtige magnetische velden de werkelijke bron van het leeuwendeel van deze elementen zijn.”


Eén element, dat mogelijk op meerdere manieren kan ontstaan
Het idee dat een element zoals goud op verschillende manieren kan ontstaan, is niet zo revolutionair. We weten van andere elementen dat ze ook door verschillende processen het levenslicht kunnen zien, zo vertelt Kobayashi. “Afgezien van waterstof is er geen enkel element dat slechts in één type ster kan ontstaan. De helft van het koolstof wordt geproduceerd in stervende sterren met een lage massa, maar de andere helft komt van supernovae (oftewel: exploderende, zware sterren, red.). En de helft van het ijzer komt van ‘gewone’ supernovae en de andere helft van Type Ia-supernovae (explosies die plaatsvinden in dubbelstersystemen, red.).”

Experimenteel onderzoek
En er zijn nu dus sterke aanwijzingen dat ook goud op verschillende manieren kan ontstaan. Of de draaiende supernovae daarin daadwerkelijk een rol spelen, is zeker nog niet bewezen. En dus zitten we voor nu met meer goud opgescheept dan botsende neutronensterren lijken te kunnen produceren. Toch zijn de onderzoekers optimistisch; ze verwachten dat het mysterie van het overvloedig aanwezige goud snel kan worden opgelost. Ze kijken daartoe onder meer hoopvol naar onderzoeksinstituten die experimenteel meer inzicht proberen te krijgen in wat er tijdens botsingen tussen neutronensterren precies gebeurt en ontstaat. Wie weet, kunnen de exotische processen die daar plaatsvinden ons toch nog enigszins verrassen.

Tenslotte is het zo dat we nog maar kort in staat zijn om botsende neutronensterren te spotten en dus kan niet worden uitgesloten dat deze botsingen eigenlijk veel vaker plaatsvinden dan we nu denken. Het is dan ook niet ondenkbaar dat later blijkt dat neutronensterren toch een groter deel van het goud geproduceerd hebben dan nu wordt aangenomen. Wordt ongetwijfeld vervolgd.