2022 októberében egy minden eddig észleltnél több mint tízszer fényesebb gammakitörés érkezett a Földre. A BOAT (brightest of all time) becenevű esemény kapcsán a James Webb űrtávcső segítségével a csillagászok nemrégiben azonosították a robbanás forrását – és egy új rejtélyre bukkantak.

Ahogy az elméleti szakemberek várták, a robbanást egy szupernóva, pontosabban egy kollapszár táplálta: egy hatalmas, gyorsan forgó csillag, amely kifogyott az üzemanyagból, összeomlott, és a külső rétegeit az űrbe lökte, mielőtt fekete lyukká változott volna. A kutatók szerint az ilyen csillagok teremtette szélsőséges körülmények között keletkezhetnek a természetben található legnehezebb elemek, például az urán, a platina és az arany. A BOAT fényességét tekintve arra számítottak, hogy az ilyen elemek keletkezése látványosan nyilvánvaló lesz. De a csapat nem látott semmit. „Nem volt bizonyíték arra, hogy ezek az elemek jelen vannak” – mondja Peter Blanchard, a Northwestern Egyetem munkatársa, a Nature Astronomy című szaklapban a napokban közzétett tanulmány egyik szerzője.

Más közelmúltbeli vizsgálatok ugyanilyen rejtélyes hiányt mutatnak a nehezebb elemekből a szupernóvák környékén. A teoretikusok szerint azonban még túl korai lenne leírni az elméletet, miszerint ezek a csillagok az ilyen elemek forrásai. Inkább az lehet a gond, hogy még nincs elég adat.

Az ősrobbanás bőségesen ellátta hidrogénnel és héliummal a világegyetemet. A többi 92 természetes elemet azonban a csillagokban kovácsolták, amikor az apró atommagok nagyobbakká olvadtak össze. A közönséges csillagok könnyebb elemeket termelnek, a vasnál nehezebb elemek létrejöttéhez pedig a feltételezések szerint egy szupernóva vagy más extrém esemény robbanásszerű körülményei szükségesek.

A nehezebb elemek fele – amelyekben a legtöbb neutron van – még inkább különleges körülményeket igényel, amelyek során a neutronok olyan sebességgel bombázzák a magot, hogy annak nincs ideje bomlani, mielőtt még több neutront elnyelne – ez a gyors neutronbefogás néven ismert folyamat. A korai univerzumból származó csillagok olyan elemeket tartalmaznak, mint például az európium, ami arra utal, hogy a folyamat már korán elkezdődött. A csillagászoknak már csak azt kell kitalálniuk, hol állhattak fenn a szükséges feltételek.

A megoldáshoz a gravitációshullám-detektorok adtak támpontot. Amikor 2017-ben az Egyesült Államokban és Európában működő detektorok két neutroncsillag összeolvadásából származó hullámokat fogtak, az eseményre ráközelítő optikai teleszkópok bizonyítékot találtak a neutronbefogadás nyomán keletkező elemekre. Egy becslés szerint a robbanás során 10 földtömegnyi arany és platina keletkezett. A csillagászok szerint azonban a neutroncsillagok összeolvadása túl ritka ahhoz, hogy ez legyen a neutronbefogadásos elemek fő forrása.

Helyette a kollapszárok tűntek a legjobb jelölteknek. Ezek gyakoribbak a neutroncsillag-összeolvadásoknál, de még mindig elég ritkák, így csak néhány tucatot figyeltek meg belőlük. A kollapszárokhoz nagy tömegű csillagokra van szükség, hogy a szupernóva-robbanás után megmaradó mag végül fekete lyukká omoljon össze. A gyors forgás is kulcsfontosságú, hogy a maradék anyag egy akkréciós koronggá formálódjon. Ahogy a fekete lyuk anyagot szív be a korongból, az extrém hőmérsékletre melegszik, és olyan sugárzást és részecskéket lövell ki, amelyek neutronbefogadásos körülményeket teremtenek.

Ezek a feltételek kulcsfontosságúak a jetek, azaz a fekete lyuk pólusaiból közel fénysebességgel kilőtt részecskenyalábok létrejöttéhez is. Amikor a jet történetesen közvetlenül a Föld felé irányul, a csillagászok gammakitörést (GRB) látnak. Blanchard elmondása szerint a BOAT, hivatalosan a GRB 221009A esetében a gammakitörés utófénye olyan fényes volt, hogy egy másik csapat, amely a James Webb távcsővel vizsgálta az eseményt, mindössze 12 nappal a kezdeti robbanás után már nem látta a szupernóvát.

Blanchard csapata 6 hónapot várt, mire az utófény elhalványult, és a táguló anyagburok eléggé szétszóródott ahhoz, hogy a James Webb a fekete lyuk közelébe lásson, ahol a neutronbefogadás vélhetően zajlik. A csapat tagjainak meglepetésére a BOAT fényességét tekintve a kollapszár maradványai nem tűntek kivételesen nagynak. A nagyobb meglepetés azonban akkor érte őket, amikor megvizsgálták a spektrumát, és nem látták nyomát a neutronbefogadásban résztvevő elemeknek, például a tellúrnak, a szelénnek és a rubídiumnak.

Blanchard szerint lehetséges, hogy a GRB 221009A kilóg a sorból. Szélsőségesen erős gammakitörést produkált ugyan, de egy olyan galaxisban található, amely nehéz elemekben szegény, ellentétben azokkal a galaxisokkal, amelyekben általában gammakitöréseket találunk. A nehéz elemek hiánya azonban így is meglepő, mivel a GRB 221009A olyannyira jó jelöltnek tűnt a neutronbefogadás kimutatására.

Egy másik, februárban publikált tanulmány hasonló hiányt mutatott ki egy 25 potenciális kollapszárból álló mintában. A kutatócsoport modellezte, hogy a neutronbefogadásnak hogyan kellene befolyásolnia a kollapszárok fénygörbéjének alakját, majd összehasonlította a modellt a 25 szupernóva megfigyelt fénygörbéjével. Minden esetben jobban illeszkedett a neutronbefogadás nélküli görbe.

A szakértők ennek ellenére nem aggódnak túlságosan a neutronbefogadás hiánya miatt. Egyes számítások szerint 1000 szupernóvából csak egy képes neutronbefogadást generálni. Tehát szerintük egyszerűen túl kicsi még a minta, amit vizsgálhatnak, ezért nincs nyoma a nehezebb elemek keletkezésének.