Астрономи помітили стронцій після зіткнення двох нейтронних зірок. Це перший раз, коли важкий елемент був ідентифікований у кілоновах, вибухонебезпечних наслідках цих типів зіткнень. Відкриття забиває дірку в нашому розумінні того, як утворюються важкі елементи.
У 2017 році Лазерний інтерферометр з гравітаційно-хвильовою обсерваторією (LIGO) та Європейська обсерваторія VIRGO виявили гравітаційні хвилі, що йдуть від злиття двох нейтронних зірок. Подія злиття отримала назву GW170817, і вона пройшла близько 130 мільйонів світлових років у галактиці NGC 4993.
Отримана кілонова називається AT2017gfo, і Європейська південна обсерваторія (ESO) вказала на неї декілька своїх телескопів, щоб спостерігати її за різною довжиною хвилі. Зокрема, вони вказали на дуже великий телескоп (VLT) та його інструмент X-Shooter на кілонова.
X-Shooter - це багатохвильовий спектрограф, який спостерігає в ультрафіолетовому B (UVB,) видимому світлі та ближньому інфрачервоному (NIR.) Спочатку, дані X-Shooter дозволяють припустити, що у кінонових є більш важкі елементи. Але досі вони не могли визначити окремі елементи.
"Це завершальний етап десятиліття гонитви за встановленням походження елементів".
Дарах Уотсон, провідний автор Університету Копенгагена.
Ці нові результати представлені в новому дослідженні під назвою «Ідентифікація стронцію при злитті двох нейтронних зірок». Головний автор - Дарах Уотсон з Копенгагенського університету в Данії. Стаття була опублікована в журналі Природа 24 жовтня 2019 року.
"Реалізуючи дані 2017 року в результаті об'єднання, ми визначили підпис одного важкого елемента в цій вогняній кулі, стронцію, довівши, що зіткнення нейтронних зірок створює цей елемент у Всесвіті", - сказав Уотсон у прес-релізі.
Кування хімічних елементів називається нуклеосинтезом. Вчені про це знають десятиліттями. Ми знаємо, що елементи утворюються у наднових, у зовнішніх шарах зістаючих зірок та у звичайних зірках. Але в нашому розумінні виник розрив, що стосується захоплення нейтронів, і як утворюються важчі елементи. За словами Уотсона, це відкриття заповнює цю прогалину.
"Це завершальний етап десятирічної гонитви, щоб визначити походження елементів", - каже Уотсон. «Зараз ми знаємо, що процеси, що створювали елементи, відбувалися здебільшого у звичайних зірках, у вибухах наднової чи у зовнішніх шарах старих зірок. Але до цього часу ми не знали місця остаточного нерозкритого процесу, відомого як швидкий захоплення нейтронів, який створив важчі елементи періодичної таблиці ».
Існує два типи захоплення нейтронів: швидкий і повільний. Кожен тип захоплення нейтронів відповідає за створення приблизно половини елементів важчих заліза. Швидке захоплення нейтронів дозволяє атомному ядру захоплювати нейтрони швидше, ніж може розпадатись, створюючи важкі елементи. Цей процес був розроблений десятиліттями тому, і непрямі свідчення вказували на кілонові, як на ймовірне місце для швидкого захоплення нейтронів. Але його досі не спостерігали на астрофізичному місці.
Зірки досить гарячі, щоб створити багато елементів. Але тільки найбільш екстремальні гарячі середовища можуть створити важчі елементи, такі як Стронцій. Тільки в таких середовищах, як ця кілонова, навколо є достатньо вільних нейтронів. У кілонові атоми постійно бомбардують величезну кількість нейтронів, що дозволяє швидкому процесу захоплення нейтронів створити більш важкі елементи.
"Це перший раз, коли ми можемо безпосередньо пов’язати новостворений матеріал, утворений шляхом захоплення нейтронів, злиттям нейтронної зірки, що підтверджує, що нейтронні зірки створені з нейтронів і прив'язуючи до такого злиття довго обдуманий процес швидкого захоплення нейтронів", - каже Камілла Джул Гансен з Інституту астрономії Макса Планка в Гейдельберзі, який зіграв головну роль у дослідженні.
Незважаючи на те, що дані X-Shooter існують вже пару років, астрономи не були впевнені, що бачать стронцій у кіноновій. Вони думали, що бачать це, але не могли бути впевнені відразу. Наше розуміння злиття кілонових та нейтронних зірок далеко не повне. У спектрах X-Shooter кілонова є складність, яку потрібно було опрацювати, зокрема, якщо мова йде про визначення спектрів більш важких елементів.
«Ми насправді придумали, що після події ми можемо побачити стронцій досить швидко. Однак показати, що це було демонстративно, випало дуже важко. Ця складність була пов'язана з нашими неповними знаннями про спектральний вигляд важчих елементів періодичної таблиці ", - каже дослідник Копенгагенського університету Джонатан Селсінг, який був головним автором цього документу.
Дотепер про швидке захоплення нейтронів багато дискутували, але ніколи не спостерігали. Ця робота заповнює одну з дірок у нашому розумінні нуклеосинтезу. Але це йде далі. Це підтверджує природу нейтронних зірок.
Після того, як нейтрон був відкритий Джеймсом Чадвіком у 1932 році, вчені запропонували існування нейтронної зірки. У статті 1934 року астрономи Фріц Цвікі та Уолтер Бааде висунули думку про те, що "супер-нова являє собою перехід звичайної зірки внейтронна зірка, що складається в основному з нейтронів. Така зірка може мати дуже малий радіус і надзвичайно високу щільність. "
Через три десятиліття нейтронні зірки були пов'язані і ототожнювалися з пульсарами. Але не вдалося довести, що нейтронні зірки були створені з нейтронів, оскільки астрономи не могли отримати спектроскопічне підтвердження.
Але це відкриття, виявляючи стронцій, який міг бути синтезований лише при екстремальному потоці нейтронів, доводить, що нейтронні зірки справді створені з нейтронів. Як зазначають автори у своїй роботі, «Ідентифікація елемента, який міг би бути синтезований лише так швидко під надзвичайним потоком нейтронів, дає перші прямі спектроскопічні докази того, що нейтронні зірки містять багату нейтронами речовину».
Це важлива робота. Відкриття закупорило дві діри в нашому розумінні походження елементів. Це спостережно підтверджує те, що вчені теоретично знали. І це завжди добре.
Більше:
- Прес-реліз: Перша ідентифікація важкого елемента, народженого в результаті зіткнення нейтронної зірки
- Дослідження: Ідентифікація стронцію при злитті двох нейтронних зірок
- Вікіпедія: Захоплення нейтронів
- Папір 1934 року: Космічні промені від Супер-Нової
