— Published on 05/06/2020 / Bug.hr.
Slavna astrofizičarka Eleanor Margaret Burbidge umrla je nedavno u svojoj stotoj godini; njezin glavni znanstveni doprinos omogućio nam je spoznaju kako su nastali sastojci od kojih smo i sami građeni
Ako nekad na nekom kvizu dobijete pitanje što je B2FH ne dajte se navesti na tanak led. Ne radi se o spoju bora s fluorom i vodikom. Kad bi takav spoj i postojao dvojka bi se pisala kao donji indeks, ne kao gornji. B2FH je nadimak jednog od najcitiranijih radova u povijesti astrofizike čiji je puni naslov Sinteza elemenata u zvijezdama. Skraćeni naziv izveden je iz prvih slova prezimena autora: Margaret Burbidge, Geoffrey Burbidge, William Fowler i Fred Hoyle.
Prva autorica slavnoga rada i glavna junakinja ove priče je Margaret Burbidge, rođena 1919. godine, kao Eleanor Margaret Peachey, u Engleskoj gdje se i školovala. Zadnjih 70 godina, do nedavno, živjela je i radila u Americi. Osim po znanstvenim doprinosima u astronomiji, poznata je i po svojim aktivnostima protiv spolne diskriminacije žena u znanosti. Onima koji tvrde da takve diskriminacije danas nema, mogu reći: ako je više (gotovo) nema za to su zaslužne žene poput Margaret Burbidge.
Geoffrey Burbidge bio je fizičar za kojega se Margaret udala 1948. godine. Pod njezinim utjecajem preusmjerio je svoje interese s teorijske fizike na astronomiju. Kao i Margaret, rodio se i školovao u Engleskoj, a živio i radio u Americi. Umro je 2010. godine.
William Fowler je bio američki nuklearni fizičar i astrofizičar koji je, jedini od spomenute četvorke, 1983. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziku za "za teorijska i eksperimentalna istraživanja nuklearnih reakcija važnih za stvaranje kemijskih elemenata u svemiru". Izjavio je tada da ga čudi što nagradu nisu dobili i Burbidgeovi. Odbor Švedske kraljevske akademije smatrao je da je Fowler napravio više, po pitanju porijekla kemijskih elemenata u svemiru, od Burbidgeovih i Hoylea. Fowler je bio nešto stariji od ostalih pa je vladalo uvjerenje (pogrešno!) da je on voditelj grupe koja je napisala rad B2FH.
Fred Hoyle bio je engleski astrofizičar. Njegove su ideje zapravo bile temelj konačnog objašnjenja zvjezdane nukleosinteze. No njegova narav i manijakalno zastupanje raznih kontroverznih ideja očito mu nisu donijele simpatije odbora za dodjelu Nobelove nagrade. Britanski kemičar i Nobelovac Harry Kroto (bio je divna osoba, upoznao sam ga kad je zadnji put gostovao u Zagrebu, umro je 2016.) rekao je da Nobelova nagrada nije samo nagrada za pojedinačni doprinos nego i za cjelokupnu reputaciju znanstvenika, a Hoyle je bio šampion loše reputacije zahvaljujući svojoj promociji šašavih ideja. No, nitko nije samo crn ili samo bijel. Bez obzira na sve, Hoyleov doprinos objašnjenju zvjezdane nukleosinteze genijalno je djelo.
.
Zvjezdana nukleosinteza
Po analogiji s kemijskom sintezom, postupkom kojim se iz jednostavnih kemijskih tvari dobivaju složenije, nukleosinteza je postupak kojim se iz jednostavnih nukleusa dobiju složeniji. Nukleus je atomska jezgra, središnji dio atoma sastavljen od nukleona (protona i neutrona). Broj protona u atomskoj jezgri određuje kemijski element. Zato izgradnja složenijih atomskih jezgara, onih s više protona, zapravo odgovara stvaranju kemijskih elemenata.
Do 1957. godine, kad je objavljen rad B2FH, pretpostavljalo se da su svi elementi nastali u ranoj fazi nastanka svemira, uglavnom prije nastanka prvih zvijezda. Danas znamo da su tada nastala samo dva najlakša elementa: vodik i helij. Proces njihovog nastanka nazivamo primordijalnom nukleosintezom.
Hoyle je već 1946. bio predložio procese u kojima elementi teži od litija nastaju u nuklearnim reakcijama u zvijezdama, zvjezdanom nukleosintezom. No, složena je to priča u kojoj je još mnogo detalja trebalo potkrijepiti teorijski i eksperimentalno. Tu su svoje uloge odigrali Margaret i Geoffrey Burbidge te William Fowler. U to se doba Fowler bavio nuklearnom fizikom i, kao vrsni eksperimentalni fizičar, ostvario je u laboratoriju neke od nuklearnih reakcija koje su bile potvrda Hoyleovih hipoteza. Uglavnom, četvorka Burbidge- Burbidge-Fowler-Hoyle uspjela je zajednički složiti slagalicu koja je dala odgovor na kombinaciju dva temeljna pitanja ("kako je nastao svijet" i "od čega je građen svijet"): kako je nastalo to od čega je građen svijet.
Teorija zvjezdane nukleosinteze dala je, kao svaka dobra teorija, predviđanja koja su se mogla provjeriti, potvrditi ili opovrgnuti astronomskim opažanjima. Ta se predviđanja nisu odnosila samo na sastave zvijezda i omjere elemenata u zvijezdama, što se može potvrditi i potvrdilo se spektroskopskim metodama sa Zemlje, nego i na raspodjelu zvijezda u svemiru po sastavu: zvijezde nastale u ranijoj fazi svemira imaju manje teških elemenata (astronomi bi rekli: manja im je metaličnost). I to je dobro potvrđeno opažanjima.
Iz astrofizičke perspektive, periodni sustav elemenata tako možemo obogatiti s još jednom karakteristikom – porijeklom svakog elementa. Vodik i helij nastali su primordijalnom nukleosintezom, kolokvijalno kažemo: "u velikom prasku". Za litij, berilij i bor većinom su odgovorne kozmičke zrake odnosno nuklearne interakcije izvan zvijezda, u međuzvjezdanom i međugalaktičkom prostoru. Većina elemenata nastala je u nuklearnim procesima u zvijezdama. Neki, vrlo teški elementi, su nastali tek pri eksplozijama supernova. I konačno, one najteže elemente u svemiru ni ne nalazimo. Svi su nestabilni i jako kratkoživući pa su se brzo raspali, ako su negdje i bili stvoreni. Znamo ih stvoriti u laboratoriju, posebnim nuklearnim reakcijama.
Konačno, nije loše s vremena na vrijeme osvijestiti činjenicu da su važni elementi od kojih smo sami građeni, poput ugljika i kisika, nastali u nekoj zvijezdi ranije generacije koja je završila kao supernova. U spektakularnoj eksploziji ti su elementi bili raspršeni u međuzvjezdani prostor da bi kasnije bili ugrađeni u Sunčev sustav, konkretno u planet Zemlju pa kasnije onda i u nas. Iz te kozmičke perspektive, koju je Neil deGrasse Tyson tako lijepo opisao u zaključnom poglavlju svoje knjige Astrofizika za ljude u žurbi, vidi se da nismo samo u genskom srodstvu sa svim oblicima života na Zemlji, niti samo u kemijskom srodstvu sa svim još neotkrivenim oblicima života u svemiru, nego smo u atomskom srodstvu sa samim svemirom.