Záhada chybějícího helia-3 vyřešena

Helium-3 je izotop helia, která má na rozdíl od obyčejného helia (helia-4) v jádře namísto dvou neutronů a dvou protonů pouze jeden neutron a dva protony. Dříve se myslelo, že hvězdy helium-3 ve velkém množství vyvrhují do okolního prostoru, ale vše je jinak.

Krátce po velkém třesku byl vesmír namíchán převážně z vodíku, deset procent tvořilo helium (helium-4) a pouhých 0,001 procent představovalo helium-3.

Astrofyzici si ale mysleli, že podíl helia-3 se měl během času zvýšit. A to díky životním cyklům hvězd. Modely ukazovaly, že málo hmotné hvězdy (jejichž hmotnost se pohybuje kolem jedno- až dvojnásobku hmotnosti Slunce) měly po dobu svého života vyprodukovat tolik helia-3, že dnes by se jeho zastoupení mělo pohybovat kolem 0,01 procenta.

Pozorování ale ukazují, že helia-3 je ve vesmíru stále jen 0,001 procenta. Teoretické předpovědi a údaje z měření se tak liší o jeden řád.

Astrofyzici přišli s různými snahami o vysvětlení. A leckteré z nich byly až příliš vyumělkované. Nyní vědci z týmu Petera Eggletona z Lawrence Livermore National Laboratory záhadu vyřešili. A to náhodou.

Ve své práci modelovali "blízké exploze" zvané "heliové záblesky", ke kterým dochází tehdy, když hvězda vyčerpá zásoby vodíku a začne spalovat helium.

Hvězdy podobné Slunci spalují ve svých jádrech vodík po dobu deseti miliard let. Postupem doby však vodíkové zásoby dojdou, hvězda začne "topit" heliem a naroste do obrovských rozměrů. Stane se z ní rudý obr. Hvězda také ztrácí mnoho hmoty kvůli tzv. hvězdnému větru. Vyvrhovaný materiál měl podle vědců obsahovat velké množství helia-3.

Když vědci pracovali na simulacích heliových záblesků, nalezli ve hvězdě jistou překvapivou nestabilitu, která, jak se zdálo, vysvětlovala, co se s heliem-3 stalo a proč ve vesmíru chybí.

Nestabilita totiž má za následek to, že helium-3 z vnějších vrstev atmosféry hvězdy se přesune do vrstev nižších, kde se díky vhodným podmínkách začne spalovat jako obyčejné helium. Tím se záhada chybějícího helia-3 vyřešila.

Nestabilita vysvětluje i další věc. A to proč je ve starších hvězdách tak vysoké zastoupení uhlíku-13 a dusíku-14. Podobně ale jako v případě helia-3 i uhlík-12 a dusík-13, nacházející se poblíž povrchu, se vmíchávají do vnitřních slupek hvězdy, kde se přeměňují na uhlík-13 a dusík-14 (do jejich jader se tak ve výsledku přidává jeden neutron).