I begynnelsen var det bare hydrogen, helium og en smule litium. I de første minuttene av universets historie ble disse tre lette grunnstoffene dannet av den opprinnelige ursuppen av elementærpartikler. Resten av grunnstoffene har blitt skapt i stjernene.

Det gjelder også for fluor. Men det har vært litt av en gåte hvordan dette grunnstoffet har oppstått. Fluor dannes nemlig ikke ved fusjon, eller sammensmeltning av atomkjerner, i stjernene.

Nå har to amerikanske astronomer observert mengden av fluor i 79 stjerner, og de har funnet ut at det meste sannsynligvis skapes når de største stjernene eksploderer som supernovaer.

Neon rammes av nøytrinoer

Ved en supernovaeksplosjonen sendes enorme mengder av nøytrinoer ut. De er veldig lette elementærpartikler. I en ny studie skriver forskerne at en veldig stor del av galaksens fluor-atomer må være dannet ved at neon-atomer har blitt truffet av nøytrinoer.

Neon er det massevis av i de tyngste stjernene, og hvis en nøytrino med høy energi kolliderer med en neon-kjerne, kan kjernen miste et proton. Da forvandles neon, som har ti protoner, til fluor, som har ni.

Astronomene kjenner også en annen måte fluor kan dannes på. I røde kjempestjerner kan oksygenatomer (med åtte protoner) fange inn et proton. Men denne mekanismen produserer for lite fluor til å kunne være hele forklaringen.

Fortsatt en del gåter

Nå som astronomene har funnet en god forklaring på mengden av fluor, har de kommet et skritt nærmere en full forståelse av hvordan grunnstoffene i universet dannes, forteller førsteamanuensis Hans Fynbo fra institutt for fysikk og astronomi ved Aarhus Universitet:

– Det er fortsatt grunnstoffer som er vanskelige å forklare presist – typisk sjeldne isotoper. Det gjelder for eksempel de såkalte p-kjernene, som er atomkjerner med relativt få nøytroner sammenlignet med antallet protoner. Disse kan ikke dannes i s- eller r-prosessene.

Grunnstoffer som er tyngre enn jern, dannes typisk ved s- eller r-prosessen, hvor en atomkjerne fanger inn et nøytron som henfaller til et proton. Resultatet blir dermed et grunnstoff med et høyere atomtall. Forskjellen på de to prosessene er hastigheten.

Men disse prosessene kan altså ikke forklare alle de tunge isotopene i naturen. Dette er en gåte astrofysikerne forsøker å løse.

Kolliderende nøytronstjerner

Dessuten er det ikke helt avklart hvordan r-prosessen foregår, sier Hans Fynbo.

– Den prosessen er ansvarlig for dannelsen av halvparten av grunnstoffene tyngre enn jern, og den foregår enten i supernovaeksplosjoner, hvor det indre av tunge stjerner kollapser, eller ved sammensmeltningen av nøytronstjerner. Den siste kandidaten ser ut til å være den mest sannsynlige.

Men det gjelder altså bare for mange av de tunge grunnstoffene. Mesteparten av de lette fluoratomene kan vi takke supernovaene for.

Referanse:

C. A. Pilachowski og Cameron Pace: The Abundance of Fluorine in Normal G and K Stars of the Galactic Thin Disk. The Astronomical Journal, 2015. doi:10.1088/0004-6256/150/3/66. Sammendrag.

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.