A csillagászok észlelték a stronciumot két neutroncsillag ütközése után. Ez az első alkalom, amikor egy nehéz elemet azonosítottak egy kilonova-ban, ami az ilyen típusú ütközések robbanásveszélyes következményei. A felfedezés lyukat teremt a nehéz elemek kialakulásának megértésében.
2017-ben a lézer-interferométer gravitációs hullámok megfigyelőközpontja (LIGO) és az európai VIRGO megfigyelőközpont két neutroncsillag összeolvadásából származó gravitációs hullámokat fedezett fel. Az egyesülési esemény neve GW170817 volt, és kb. 130 millió fényévre volt az NGC 4993 galaxisban.
A kapott kilonovát AT2017gfo-nak hívják, és az Európai Déli Megfigyelő Intézet (ESO) teleszkópjai közül többet rámutatott, hogy különféle hullámhosszon megfigyelje. Különösen a nagyon nagy távcsövet (VLT) és annak X-shooter hangszerét mutatták a kilonova felé.
Az X-shooter egy több hullámhosszú spektrográf, amely megfigyeli az ultraibolya B (UVB) látható fényt és a közeli infravörös (NIR.) Fényt. Kezdetben az X-shooter adatai arra utaltak, hogy a kilonovaban vannak nehezebb elemek. De eddig nem tudták azonosítani az egyes elemeket.
"Ez az évtizedekig tartó üldözés utolsó szakasza az elemek eredetének meghatározására."
Darach Watson, a szerző a koppenhágai egyetemen.
Ezeket az új eredményeket egy új tanulmány ismerteti, melynek címe: „A stroncium azonosítása két neutroncsillag összeolvadásakor”. A fő szerző Darach Watson, a dán koppenhágai egyetem. A cikk megjelent a folyóiratban Természet 2019. október 24-én.
"Az összefonódás 2017. évi adatainak újbóli elemzésével azonosítottuk ezen tűzgolyó, a stroncium egyik nehéz elemének aláírását, ezzel igazolva, hogy a neutroncsillagok ütközése létrehozza ezt az elemet az Univerzumban" - mondta Watson a sajtóközleményben.
A kémiai elemek kovácsolását nukleoszintézisnek hívják. A tudósok évtizedek óta tudnak róla. Tudjuk, hogy az elemek képződnek a szupernóvákban, az öregedő csillagok külső rétegeiben és a normál csillagokban. De van egy hiányosság a megértésünkben a neutronfogás és a nehezebb elemek kialakulásának szempontjából. Watson szerint ez a felfedezés kitölti ezt a rést.
"Ez az évtizedekig tartó üldözés utolsó szakasza az elemek eredetének meghatározására" - mondja Watson. „Most már tudjuk, hogy az elemeket létrehozó folyamatok többnyire rendes csillagokban, szupernóva robbanásokban vagy a régi csillagok külső rétegeiben zajlottak. De eddig nem tudtuk a végleges, még fel nem fedezett folyamat helyét, amelyet gyors neutron elfogásnak nevezünk, és amely a periódusos táblázat nehezebb elemeit hozta létre. ”
Kétféle neutronmegfogás létezik: gyors és lassú. Minden típusú neutronfogás felelős a vasnál nehezebb elemek körülbelül felének létrehozásáért. A gyors neutronfogás lehetővé teszi egy atommag számára, hogy gyorsabban rögzítse a neutronokat, mint amennyire képes bomlani, és nehéz elemeket hoz létre. A folyamat évtizedekkel ezelőtt került kidolgozásra, és a közvetett bizonyítékok szerint a kilonovák valószínűleg a gyors neutrongyűjtési folyamat helyszíne. De ezt egy asztrofizikai helyszínen eddig soha nem figyelték meg.
A csillagok elég melegek ahhoz, hogy sok elemet előállítsanak. De csak a legszélsőségesebb forró környezetek hozhatnak létre nehezebb elemeket, mint például a Stroncium. Csak azokban a környezetekben, mint ez a kilonova, van elegendő szabad neutron a körül. Egy kilonova az atomokat folyamatosan bombázzák hatalmas számú neutronok, lehetővé téve a gyors neutronfogási folyamat során, hogy a nehezebb elemeket hozzák létre.
"Ez az első alkalom, amikor közvetlenül összekapcsolhatjuk az újonnan létrehozott anyagot, amely a neutrongyűjtés révén keletkezik, egy neutroncsillagok egyesítésével, megerősítve, hogy a neutroncsillagok neutronokból készülnek, és a hosszú vita tárgyát képező gyors neutrongyűjtési folyamatot ezekhez a fúziókhoz kapcsoljuk" - mondja Camilla Juul Hansen a heidelbergi Max Planck Csillagászati Intézetből, akik fontos szerepet játszottak a tanulmányban.
Annak ellenére, hogy az X-lövöldözős adatok körülbelül egy éve vannak, a csillagászok nem voltak biztosak abban, hogy stronciumot látnak a kilonovában. Azt hitték, látják, de nem tudtak azonnal biztosak lenni. A kilonovák és a neutroncsillagok egyesülésének ismerete messze nem teljes. A kilonova X-shooter spektrumaiban bonyolultak az eljárások, amelyeket át kellett dolgozni, különös tekintettel a nehezebb elemek spektrumainak azonosítására.
„Valójában arra az ötletre jutottunk, hogy a stronciumot valószínűleg gyorsan láthatjuk az esemény után. Ugyanakkor nagyon nehéz bebizonyítani, hogy ez bizonyíthatóan a helyzet. Ezt a nehézséget annak köszönheti, hogy a periódusos táblázat nehezebb ismeretei vannak a nehezebb elemek spektrális megjelenéséről ”- mondja a Koppenhágai Egyetem kutatója, Jonatan Selsing, aki a cikk egyik fő szerzője volt.
Eddig a gyors neutronfogásról sok vita folyt, de soha nem figyeltek meg. Ez a munka kitölti az egyik lyukat a nukleoszintézis megértésében. De ennél tovább megy. Megerősíti a neutroncsillagok természetét.
Miután James Chadwick 1932-ben felfedezte a neutronot, a tudósok javaslatot tettek a neutroncsillag létezésére. Egy 1934-es cikkben Fritz Zwicky és Walter Baade csillagászok kifejtették azt a nézetet, hogy „egy szuper-nova egy közönséges csillag átalakulását jelképezineutron csillag, amelyek elsősorban neutronokból állnak. Egy ilyen csillagnak lehet nagyon kis sugara és rendkívül nagy sűrűsége. ”
Három évtizeddel később a neutroncsillagokat összekapcsolták és azonosították a pulzátorokkal. De nem lehetett bizonyítani, hogy a neutroncsillagok neutronokból készültek, mivel a csillagászok nem tudtak megszerezni a spektroszkópos megerősítést.
Ez a felfedezés azonban a stroncium azonosításával, amelyet csak szélsőséges neutronfluxus alatt szintetizáltak, azt bizonyítja, hogy a neutroncsillagok valóban neutronokból készültek. Ahogy a szerzők azt mondják a cikkükben, "olyan elem azonosítása, amelyet csak olyan szintetizálhattak szélsőséges neutronfluxus alatt, az első közvetlen spektroszkópos bizonyíték arra, hogy a neutroncsillagok neutronban gazdag anyagot tartalmaznak."
Ez fontos munka. A felfedezés két lyukat nyitott az elemek eredetének megértésében. Megfigyelésként megerősíti, amit a tudósok elméletileg tudtak. És ez mindig jó.
Több:
- Sajtóközlemény: A neutroncsillagokból származó nehéz elem első azonosítása
- Kutatási cikk: A stroncium azonosítása két neutroncsillag összeolvadásakor
- Wikipedia: Neutron rögzítés
- 1934-es könyv: Kozmikus sugarak a Super-Novae-tól
