Astronomi su uočili stroncij nakon sudara dviju neutronskih zvijezda. Ovo je prvi put da je otkriven težak element u kilonovi, eksplozivnoj eksploziji tih vrsta sudara. Otkriće začepljuje rupu u našem razumijevanju kako se formiraju teški elementi.
2017. godine Laser Interferometar Gravitacijsko-valni opservatorij (LIGO) i Europska opservatorija VIRGO otkrili su gravitacijske valove koji dolaze iz spajanja dviju neutronskih zvijezda. Događaj spajanja nazvan je GW170817, a bio je udaljen oko 130 milijuna svjetlosnih godina u galaksiji NGC 4993.
Rezultirajuća kilonova naziva se AT2017gfo, a Europski opservatorij za jug (ESO) uperio je nekoliko njihovih teleskopa kako bi je promatrali u različitim valnim duljinama. Posebno su istakli Vrlo veliki teleskop (VLT) i njegov X-pucač instrument na kilonovu.
X-pucač je spektrograf s više talasnih duljina koji promatra u ultraljubičastoj B (UVB,) vidljivoj svjetlosti i blizini infracrvenog svjetla (NIR.) U početku su podaci X-pucača sugerirali da u kilonovi postoje teži elementi. Ali do sada nisu mogli prepoznati pojedine elemente.
"Ovo je posljednja faza višedesetljetne potrage za utvrđivanjem podrijetla elemenata."
Darach Watson, vodeći autor, Sveučilište u Kopenhagenu.
Ovi novi rezultati predstavljeni su u novoj studiji pod nazivom "Identifikacija stroncija u spajanju dviju neutronskih zvijezda". Glavni autor je Darach Watson sa Sveučilišta u Kopenhagenu u Danskoj. Rad je objavljen u časopisu Priroda dana 24. listopada 2019. godine.
„Ponovnom analizom podataka za 2017. godinu spajanjem, sada smo identificirali potpis jednog teškog elementa u ovoj vatrenoj kugli, stronciju, dokazujući da sudar neutronskih zvijezda stvara ovaj element u Svemiru“, rekao je Watson u priopćenju za javnost.
Kovanje kemijskih elemenata naziva se nukleosinteza. Znanstvenici o tome znaju desetljećima. Znamo da se elementi formiraju u supernovama, u vanjskim slojevima zvijezda starenja i u pravilnim zvijezdama. Ali postojao je jaz u našem razumijevanju kada je riječ o hvatanju neutrona i načinu na koji se formiraju teži elementi. Prema Watsonu, ovo otkriće ispunjava taj jaz.
"Ovo je posljednja faza višedecenijske potrage za utvrđivanjem podrijetla elemenata", kaže Watson. „Sada znamo da su se procesi koji su stvorili elementi događali uglavnom u običnim zvijezdama, u eksplozijama supernove ili u vanjskim slojevima starih zvijezda. Ali, do sada nismo znali mjesto završnog, neotkrivenog procesa, poznatog kao brzo hvatanje neutrona, koji je stvorio teže elemente u periodičnoj tablici. "
Postoje dvije vrste hvatanja neutrona: brzo i sporo. Svaka vrsta hvatanja neutrona odgovorna je za stvaranje oko polovice elemenata težih od željeza. Brzo hvatanje neutrona omogućuje atomskom jezgru brže hvatanje neutrona nego što može propadati, stvarajući teške elemente. Proces je izrađen prije desetljeća, a posredni dokazi ukazuju na kilonove kao vjerovatno mjesto za brzi proces hvatanja neutrona. Ali to do sada nije primijećeno na astrofizičkom mjestu.
Zvijezde su dovoljno tople za proizvodnju mnogih elemenata. Ali samo najekstremnije vruće okruženje može stvoriti teže elemente poput Stroncija. Samo ona okolina, poput ove kilonove, ima dovoljno slobodnih neutrona. U kilonovi, atomi su neprestano bombardirani ogromnim brojem neutrona, omogućujući brzim procesom hvatanja neutrona kako bi se stvorili teži elementi.
"Ovo je prvi put da novootvoreni materijal nastao pomoću zauzimanja neutrona izravno povezujemo sa spajanjem neutronskih zvijezda, potvrđujući da su neutronske zvijezde načinjene od neutrona i vezujući dugo raspravljani brzi postupak hvatanja neutrona za takva spajanja", kaže Camilla Juul Hansen s Instituta Max Planck za astronomiju u Heidelbergu, koji je imao glavnu ulogu u studiji.
Iako se podaci o X-pucaču nalaze već par godina, astronomi nisu bili sigurni da vide stroncij u kilonovi. Mislili su da je vide, ali nisu mogli biti sigurni odmah. Naše razumijevanje spajanja kilonova i neutronskih zvijezda daleko je od kraja. Postoje složenosti u X-pucačem spektru kilonove kroz koju je trebalo raditi, posebno kada je u pitanju identifikacija spektra težih elemenata.
"Zapravo smo došli na ideju da ćemo možda vrlo brzo nakon događaja vidjeti stroncij. Međutim, pokazalo se da je to dokazno slučaj, pokazalo se vrlo teškim. Ova poteškoća nastala je zbog našeg vrlo nepotpunog znanja o spektralnom izgledu težih elemenata u periodičnoj tablici ", kaže istraživač Jonatan Selsing sa sveučilišta u Kopenhagenu, koji je bio glavni autor ovog članka.
Do sada se o brzom hvatanju neutrona raspravljalo, ali nikada nije primijećeno. Ovaj rad ispunjava jednu od rupa u našem razumijevanju nukleosinteze. Ali to ide dalje od toga. Potvrđuje prirodu neutronskih zvijezda.
Nakon što je 1922. godine otkrio neutron James Chadwick, znanstvenici su predložili postojanje neutronske zvijezde. U radu iz 1934. astronomi Fritz Zwicky i Walter Baade iznijeli su stav da "super-nova predstavlja prijelaz obične zvijezde uneutronska zvijezda, koji se sastoji uglavnom od neutrona. Takva zvijezda može imati vrlo mali polumjer i izuzetno visoku gustoću. "
Tri desetljeća kasnije, neutronske zvijezde su povezane i identificirane s pulsarima. Ali nije bilo načina da se dokaže da su neutronske zvijezde načinjene od neutrona, jer astronomi nisu mogli dobiti spektroskopsku potvrdu.
Ali ovo otkriće identificiranjem stroncija, koji se mogao sintetizirati samo pod ekstremnim neutronskim fluksom, dokazuje da su neutronske zvijezde doista napravljene od neutrona. Kao što autori kažu u svom radu, „Identifikacija elementa koji je mogao biti sintetizovan samo tako brzo pod ekstremnim neutronskim fluksom, pruža prve izravne spektroskopske dokaze da neutronske zvijezde sadrže materiju bogatu neutronom“.
Ovo je važno djelo. Otkriće je začepilo dvije rupe u našem razumijevanju podrijetla elemenata. To je promatrano potvrdilo ono što su znanstvenici teoretski znali. I to je uvijek dobro.
Više:
- Priopćenje za javnost: Prva identifikacija teškog elementa rođenog od sudara neutronskih zvijezda
- Istraživački rad: Identifikacija stroncija u spajanju dvije neutronske zvijezde
- Wikipedija: Neutronsko hvatanje
- Papir iz 1934.: Kozmički zraci iz Super-Novae
