Astronomi so opazili Stroncij po trčenju dveh nevtronskih zvezd. To je prvič, ko je bil v kilonovi kdaj opažen težek element, ki je bil posledica teh trkov. Odkritje zapira luknjo v našem razumevanju, kako se tvorijo težki elementi.
Leta 2017 sta Laser Interferometer Gravitacijsko-valovni observatorij (LIGO) in Evropski observatorij VIRGO zaznala gravitacijske valove, ki prihajajo iz združitve dveh nevtronskih zvezd. Dogodek združitve je dobil ime GW170817 in v galaksiji NGC 4993 je bil oddaljen približno 130 milijonov svetlobnih let.
Nastala kilonova se imenuje AT2017gfo, Evropski južni observatorij (ESO) pa je nanjo usmeril več njihovih teleskopov, da bi jo opazoval v različnih valovnih dolžinah. Zlasti so izpostavili zelo velik teleskop (VLT) in njegov instrument X-shooter na kilonovo.
X-strelec je spektrograf z več valovnimi dolžinami, ki opazuje v ultravijolični svetlobi B (UVB), vidni svetlobi in bližini infrardeče infrardeče mreže (NIR.) Na začetku so podatki o X-strelcu nakazovali, da so v kilonovi prisotni težji elementi. Toda do zdaj niso mogli prepoznati posameznih elementov.
"To je zadnja faza več desetletij preganjanja, s katerim smo ugotovili izvor elementov."
Darach Watson, vodilni avtor, univerza v Københavnu.
Ti novi rezultati so predstavljeni v novi raziskavi z naslovom "Identifikacija stroncija pri spajanju dveh nevtronskih zvezd." Glavni avtor je Darach Watson z univerze v Københavnu na Danskem. Članek je bil objavljen v reviji Narava 24. oktobra 2019.
"Z ponovnim analiziranjem podatkov za leto 2017 iz združitve smo zdaj prepoznali podpis enega težkega elementa v tej ognjeni krogli, stroncij, in dokazal, da trčenje nevtronskih zvezd ustvari ta element v vesolju," je v sporočilu za javnost dejal Watson.
Kovanje kemičnih elementov se imenuje nukleosinteza. Znanstveniki o tem vedo že desetletja. Vemo, da se elementi tvorijo v supernovah, v zunanjih plasteh starajočih se zvezd in v običajnih zvezdah. Toda pri našem razumevanju, ko gre za zajem nevtronov in kako nastajajo težji elementi, je prišlo do vrzeli. Kot je povedal Watson, to odkritje zapolnjuje to vrzel.
"To je zadnja faza več desetletij zasledovanja, da bi ugotovili izvor elementov," pravi Watson. "Zdaj vemo, da so se procesi, ki so ustvarili elemente, dogajali večinoma v navadnih zvezdah, v eksplozijah supernove ali v zunanjih plasteh starih zvezd. Toda do zdaj nismo vedeli lokacije končnega, neodkritega procesa, znanega kot hiter zajem nevtronov, ki je ustvaril težje elemente v periodični tabeli. "
Obstajata dve vrsti zajemanja nevtronov: hiter in počasen. Vsaka vrsta zajemanja nevtronov je odgovorna za ustvarjanje približno polovice elementov, težjih od železa. Hitro zajemanje nevtronov omogoča, da atomsko jedro zajame nevtrone hitreje, kot lahko razpade, kar ustvarja težke elemente. Postopek je bil izdelan pred desetletji in naključni dokazi kažejo na kilonove kot verjetno mesto hitrega zajemanja nevtronov. Toda na astrofizičnem mestu tega doslej ni bilo nikoli opaziti.
Zvezde so dovolj vroče, da lahko ustvarijo veliko elementov. Toda le najbolj ekstremna vroča okolja lahko ustvarijo težje elemente, kot je Stroncij. Samo v tistih okoljih, kot je ta kilonova, je naokoli dovolj prostih nevtronov. V kilonovi atomi nenehno bombardirajo ogromno število nevtronov, kar omogoča hiter postopek zajemanja nevtronov, da nastanejo težji elementi.
"To je prvič, da lahko novo ustvarjeni material, ki nastane z zajemom nevtronov, neposredno povežemo z združitvijo nevtronskih zvezd, kar potrjuje, da so nevtronske zvezde izdelane iz nevtronov in vežejo dolgo razpravljani postopek hitrega zajemanja nevtronov na take združitve," pravi Camilla Juul Hansen z inštituta Max Planck za astronomijo v Heidelbergu, ki je imel glavno vlogo v študiji.
Čeprav podatki o X-strelcu obstajajo že nekaj let, astronomi niso bili prepričani, da vidijo stroncij v kilonovi. Mislili so, da ga vidijo, a niso mogli biti prepričani takoj. Naše razumevanje kilonove in združitev nevtronskih zvezd še zdaleč ni končano. V spektrih X-strelca kilonove je treba zapleteno obdelati, zlasti ko gre za prepoznavanje spektrov težjih elementov.
»Pravzaprav smo prišli na idejo, da bomo po dogodku hitro videli stroncij. Vendar pa se je pokazalo, da je bilo to verjetno, zelo težko. Te težave so bile posledica našega zelo nepopolnega poznavanja spektralnega videza težjih elementov v periodični tabeli, «pravi raziskovalec univerze v Kopenhagnu Jonatan Selsing, ki je bil ključni avtor tega prispevka.
Do zdaj je bilo o hitrem zajemanju nevtronov veliko razpravljati, vendar ga nikoli niso opazili. To delo zapolnjuje eno od lukenj v našem razumevanju nukleosinteze. Ampak gre še dlje od tega. Potrjuje naravo nevtronskih zvezd.
Potem ko je nevtron leta 1932 odkril James Chadwick, so znanstveniki predlagali obstoj nevtronske zvezde. V članku iz leta 1934 sta astronoma Fritz Zwicky in Walter Baade izpostavila stališče, da "super-nova predstavlja prehod navadne zvezde vnevtronska zvezda, sestavljen večinoma iz nevtronov. Takšna zvezda ima lahko zelo majhen polmer in izjemno veliko gostoto. "
Tri desetletja pozneje so nevtronske zvezde povezali in identificirali s pulsarji. Toda ni bilo mogoče dokazati, da so nevtronske zvezde narejene iz nevtronov, ker astronomi niso mogli dobiti spektroskopske potrditve.
Toda to odkritje z identifikacijo stroncija, ki bi ga bilo mogoče sintetizirati le pod ekstremnim nevtronskim tokom, dokazuje, da so nevtronske zvezde resnično narejene iz nevtronov. Kot navajajo avtorji v svojem prispevku, "Identifikacija elementa, ki bi ga lahko samo tako hitro sintetizirali pod ekstremnim nevtronskim tokom, zagotavlja prve neposredne spektroskopske dokaze, da nevtronske zvezde vsebujejo snovi, ki so bogata z nevtroni."
To je pomembno delo. Odkritje je v našem razumevanju izvora elementov zamašilo dve luknji. Opazovalno potrjuje tisto, kar so znanstveniki teoretično vedeli. In to je vedno dobro.
Več:
- Sporočilo za javnost: prva identifikacija težkega elementa, ki se je rodil zaradi trčenja nevtronskih zvezd
- Raziskovalni članek: Identifikacija stroncija pri združitvi dveh nevtronskih zvezd
- Wikipedia: Neutron Capture
- Papir iz leta 1934: Kozmični žarki Super-Novae
