Symulacje komputerowe przedstawiają strukturę węgla-12 w niestabilnym, wzbudzonym stanie Hoyle'a oraz w stabilnym stanie podstawowym - substancji, z której zbudowane jest życie

Już wiemy, skąd wziął się kluczowy składnik życia. Odpowiedzi dostarczył superkomputer

Wykorzystując jeden z najpotężniejszych superkomputerów na świecie i nowe algorytmy sztucznej inteligencji, naukowcy ustalili, w jaki sposób w gwiazdach powstał węgiel-12, który jest uważany za kluczowy składnik do rozwoju życia.

Badania przeprowadzone przez uczonych z Uniwersytetu Stanu Iowa kierowanych przez prof. Jamesa Vary’ego, pomagają odpowiedzieć na pytanie: jak w gwiazdach powstawał węgiel-12? Okazuje się, że wcale nie jest to łatwe.

Konieczne jest ekstremalne ciepło i ciśnienie panujące wewnątrz gwiazd lub podczas ich eksplozji, aby powstały niestabilne jądra węgla w stanie wzbudzonym. Część z nich może wydzielić nieco dodatkowej energii w postaci promieniowania gamma i przekształcić się w stabilny węgiel-12. Szczegóły opisano w Nature Communications.

Skąd cały ten węgiel?

Symulacje przeprowadzone przy użyciu superkomputera Fugaku wykazały, w jaki sposób cząstki alfa (atomy helu-4 z dwoma protonami i dwoma neutronami) mogą łączyć się w klastry, tworząc cięższe atomy, w tym niestabilny, wzbudzony węgiel-12, znany jako stan Hoyle’a. Jego istnienie zaproponował w 1953 r. astrofizyk Fred Hoyle.

Czytaj też: Młodsze egzoplanety, a życie pozaziemskie. Nowe ustalenia mogą pomóc w poszukiwaniu obcych

Naukowcy zastosowali także techniki uczenia statystycznego (gałąź sztucznej inteligencji), aby odkryć skupiska alfa stanu Hoyle’a i ostateczną postać stabilnego węgla-12.

Pracowaliśmy przez ponad dekadę nad rozwojem oprogramowania, udoskonalaniem kodów superkomputerów, przeprowadzaniem obliczeń i rozwiązywaniem mniejszych problemów, aż do osiągnięcia obecnego rezultatu. Jest w tym wiele subtelności – wiele pięknych interakcji.

prof. James Vary

Wszelkie obliczenia, wielkości fizyczne i zmienne teoretyczne zgadzają się z danymi doświadczalnymi. Oznacza to, że stworzony model powstawania węgla-12 jest prawidłowy. Badania te powinny otworzyć furtkę do kolejnych eksperymentów, w których poszukuje się najdrobniejszych szczegółów dotyczących początków życia.

Czy produkcja węgla była w większości wynikiem wewnętrznych procesów w gwiazdach, czy też były to eksplozje supernowych? Albo zderzenia supergęstych gwiazd neutronowych? Jedno jest pewne: ta nukleosynteza w ekstremalnych warunkach wytwarza wiele rzeczy, w tym węgiel, dzięki któremu wszyscy żyjemy.

prof. James Vary