Astronomai pastebėjo Stroncio po dviejų neutroninių žvaigždžių susidūrimo. Tai yra pirmas kartas, kai sunkioji stichija kada nors buvo nustatyta kilonovoje - sprogstamoji tokio tipo susidūrimų pasekmė. Šis atradimas atveria skylę mūsų supratimui apie tai, kaip formuojasi sunkieji elementai.
2017 m. Lazerinio interferometro gravitacinių bangų observatorija (LIGO) ir Europos VIRGO observatorija aptiko gravitacines bangas, kylančias sujungus dvi neutronines žvaigždes. Susijungimo įvykis buvo pavadintas GW170817, ir jis buvo nutolęs apie 130 milijonų šviesos metų galaktikoje NGC 4993.
Gauta kilonova vadinama AT2017gfo, o Europos pietinė observatorija (ESO) nukreipė kelis savo teleskopus į ją, kad galėtų ją stebėti skirtingais bangų ilgiais. Visų pirma jie atkreipė dėmesį į labai didelį teleskopą (VLT) ir jo X šaudyklės instrumentą prie kilonovos.
„X-shooter“ yra kelių bangų ilgio spektrografas, stebintis ultravioletinių spindulių B (UVB) matomoje šviesoje ir artimojo infraraudonųjų spindulių (NIR) spinduliuose. Iš pradžių „X-shooter“ duomenys rodo, kad kilonovoje buvo sunkesnių elementų. Tačiau iki šiol jie negalėjo nustatyti atskirų elementų.
„Tai yra paskutinis dešimtmečius trunkančio persekiojimo etapas, skirtas nustatyti elementų kilmę.“
Darachas Watsonas, Kopenhagos universiteto pagrindinis autorius.
Šie nauji rezultatai pateikiami naujame tyrime pavadinimu „Stroncio atpažinimas sujungiant dvi neutronines žvaigždes“. Pagrindinis autorius yra Darachas Watsonas iš Kopenhagos universiteto Danijoje. Straipsnis buvo paskelbtas žurnale Gamta 2019 m. spalio 24 d.
„Atlikdami 2017 m. Susijungimo duomenų analizę, mes nustatėme, kad šiame ugnies kamuolyje yra vienas sunkus elementas - stroncis, kuris įrodo, kad neutroninių žvaigždžių susidūrimas sukuria šį elementą Visatoje“, - pranešime spaudai teigė Watsonas.
Cheminių elementų kalimas vadinamas nukleosinteze. Mokslininkai apie tai žinojo dešimtmečius. Mes žinome, kad elementai susidaro supernovose, išoriniuose senstančių žvaigždžių sluoksniuose ir taisyklingose žvaigždėse. Tačiau mūsų supratimas apie neutronų gaudymą ir apie tai, kaip susidaro sunkesni elementai, buvo nepakankamas. Pasak Watsono, šis atradimas užpildo tą spragą.
„Tai yra paskutinis dešimtmečius trunkančio persekiojimo etapas, skirtas nustatyti elementų kilmę“, - sako Watsonas. „Dabar mes žinome, kad procesus sukūrę elementai dažniausiai vyko paprastose žvaigždėse, supernovų sprogimuose ar išoriniuose senų žvaigždžių sluoksniuose. Tačiau iki šiol mes nežinojome galutinio neatskleisto proceso, žinomo kaip greitas neutronų gaudymas, kuris sukūrė sunkesnius elementus periodinėje lentelėje, vietos. “
Yra du neutronų gaudymo tipai: greitas ir lėtas. Kiekvienas neutronų gaudymo būdas sukuria maždaug pusę sunkesnių nei geležis elementų. Greitas neutronų surinkimas leidžia atominiam branduoliui greičiau užfiksuoti neutronus, nei jis gali suirti, sudarydamas sunkius elementus. Procesas buvo parengtas prieš dešimtmečius, o netiesioginiai įrodymai parodė, kad kilonovos yra tikėtina greito neutronų surinkimo proceso vieta. Bet iki šiol to nebuvo pastebėta astrofizikos vietoje.
Žvaigždės yra pakankamai karštos, kad galėtų gaminti daugelį elementų. Bet sunkiausius elementus, tokius kaip Stroncis, gali sukurti tik kraštutinės karštos aplinkos sąlygos. Tik tokiose aplinkose, kaip ši kilonova, yra pakankamai laisvų neutronų. Kilonovoje atomai nuolat bombarduojami dideliu neutronų skaičiumi, todėl greitas neutronų surinkimo procesas sukuria sunkesnius elementus.
„Tai yra pirmas kartas, kai mes galime tiesiogiai susieti naujai sukurtą medžiagą, gautą per neutronų fiksavimą, su neutroninių žvaigždžių susijungimu, patvirtindami, kad neutronų žvaigždės yra sudarytos iš neutronų, ir susiejant ilgai diskutuojamą greitą neutronų fiksavimo procesą tokiems sujungimams“, - sako Camilla Juul. Pagrindinį vaidmenį tyrime atliko Hansenas iš Makso Plancko astronomijos instituto Heidelberge.
Nors X šaudyklės duomenys egzistuoja jau porą metų, astronomai nebuvo tikri, kad kilonovoje matė stroncį. Jie manė, kad mato tai, bet negalėjo tuo įsitikinti iškart. Mūsų supratimas apie kilonovų ir neutronų žvaigždžių susiliejimus nėra visiškai baigtas. Kilonovos X šaudyklės spektrai yra sudėtingi, kuriuos reikėjo išnagrinėti, ypač kai reikia nustatyti sunkesnių elementų spektrus.
„Mes iš tikrųjų sugalvojome idėją, kad po įvykio gana greitai galime pamatyti stroncį. Tačiau parodyti, kad taip buvo akivaizdžiai, pasirodė labai sunku. Šį sunkumą lėmė mūsų labai neišsamios žinios apie sunkesniųjų elementų spektrinę išvaizdą periodinėje lentelėje “, - sako Kopenhagos universiteto tyrėjas Jonatanas Selsingas, kuris buvo pagrindinis šio straipsnio autorius.
Iki šiol apie greitą neutronų gaudymą buvo daug diskutuojama, tačiau jis niekada nebuvo stebimas. Šis darbas užpildo vieną iš mūsų supratimo apie nukleosintezę skylių. Bet tai eina toliau. Tai patvirtina neutroninių žvaigždžių prigimtį.
Po to, kai 1932 m. Jamesą Chadwicką atrado neutroną, mokslininkai pasiūlė neutroninės žvaigždės egzistavimą. 1934 m. Dokumente astronomai Fritzas Zwicky ir Walteris Baade'as išreiškė nuomonę, kad „supernova reiškia paprastos žvaigždės perėjimą įneutroninė žvaigždė, sudarytą daugiausia iš neutronų. Tokia žvaigždė gali turėti labai mažą spindulį ir ypač didelį tankį. “
Po trijų dešimtmečių neutroninės žvaigždės buvo susietos ir identifikuotos su pulsarais. Tačiau nebuvo įmanoma įrodyti, kad neutronų žvaigždės buvo sudarytos iš neutronų, nes astronomai negalėjo gauti spektroskopinio patvirtinimo.
Bet šis atradimas, atpažinus stroncį, kuris galėjo būti sintetinamas tik esant dideliam neutronų srautui, įrodo, kad neutronų žvaigždės iš tikrųjų yra sudarytos iš neutronų. Kaip sako autoriai savo dokumente, „elemento, kuris galėjo būti taip greitai susintetintas esant ekstremaliam neutronų srautui, identifikavimas yra pirmieji tiesioginiai spektroskopiniai įrodymai, kad neutronų žvaigždės sudaro neutronų turtingą medžiagą“.
Tai yra svarbus darbas. Šis atradimas uždarė dvi skylutes mūsų supratimui apie elementų kilmę. Tai stebėtinai patvirtina tai, ką mokslininkai žinojo teoriškai. Ir tai visada gerai.
Daugiau:
- Pranešimas spaudai: pirmasis sunkiųjų elementų, gimusių po neutroninių žvaigždžių susidūrimo, identifikavimas
- Tyrimo dokumentas: Stroncio identifikavimas susijungus dviem neutroninėms žvaigždėms
- Vikipedija: neutronų fiksavimas
- 1934 m. Popierius: Kosminiai spinduliai iš „Super Novae“
