Astronoomid on märganud strontsiumi kahe neutronitähe kokkupõrke tagajärjel. Seda tüüpi kokkupõrgete plahvatusohtlik tagajärg on esimene kord, kui kilonovas tuvastatakse raske element. Avastus ühendab auku meie arusaamas sellest, kuidas tekivad rasked elemendid.
2017. aastal tuvastasid laserinterferomeetri gravitatsiooniliste lainete vaatluskeskus (LIGO) ja Euroopa VIRGO observatoorium kahe neutronitähe ühinemisest tulenevad gravitatsioonilained. Ühinemisürituse nimi oli GW170817 ja galaktikas NGC 4993 oli see umbes 130 miljoni valgusaasta kaugusel.
Saadud kilonovat nimetatakse AT2017gfo-ks ja Euroopa lõunavaatluskeskus (ESO) osutas mitmetele oma teleskoopidele, et seda erinevatel lainepikkustel jälgida. Eelkõige osutasid nad kilonovale väga suurt teleskoopi (VLT) ja selle X-shooter-instrumenti.
X-shooter on mitme lainepikkusega spektrograaf, mis jälgib ultraviolettkiirguse B (UVB) nähtavat valgust ja infrapunakiirgust (NIR.). Algselt näitasid X-shooteri andmed, et kilonovas olid raskemad elemendid. Kuid seni ei suutnud nad üksikuid elemente tuvastada.
"See on aastakümnete pikkuse tagaajamise viimane etapp, et täpsustada elementide päritolu."
Darach Watson, Kopenhaageni ülikooli juhtiv autor.
Need uued tulemused on esitatud uues uuringus pealkirjaga “Strontsiumi tuvastamine kahe neutronitähe ühinemisel”. Peaautor on Darach Watson Taanis Kopenhaageni ülikoolist. Paber avaldati ajakirjas Loodus 24. oktoobril 2019.
"Uurides 2017. aasta andmeid ühinemisest, tuvastasime nüüd selles tulekeras ühe strontsiumi raske elemendi allkirja, mis tõestab, et neutrontähtede kokkupõrge loob selle elemendi Universumis," ütles Watson pressiteates.
Keemiliste elementide sepistamist nimetatakse nukleosünteesiks. Teadlased on sellest teada juba aastakümneid. Me teame, et elemendid moodustuvad supernoovades, vananevate tähtede väliskihtides ja tavalistes tähtedes. Kuid neutronide püüdmise ja nende raskemate elementide moodustumise osas on meie arusaamine olnud tühine. Watsoni sõnul täidab see avastus selle lünga.
"See on aastakümnete pikkuse tagaajamise viimane etapp, et täpsustada elementide päritolu," ütleb Watson. „Me teame nüüd, et elemente loonud protsessid toimusid enamasti tavalistes tähtedes, supernoova plahvatustes või vanade tähtede väliskihtides. Kuid siiani ei teadnud me lõpliku avastamata protsessi asukohta, mida tuntakse kiire neutronide hõivamisena ja mis perioodilise tabeli raskemaid elemente lõi. ”
Neutronide püüdmist on kahte tüüpi: kiire ja aeglane. Igat tüüpi neutronide püüdmise tagajärjel moodustuvad umbes pooled rauast raskemad elemendid. Kiire neutronide püüdmine võimaldab aatomituumul neutronid kiiremini hõivata kui see võib laguneda, luues rasked elemendid. Protsess töötati välja aastakümneid tagasi ja kaudsed tõendid osutasid kilonoomidele kui kiirele neutronide püüdmise protsessi tõenäolisele kohale. Kuid seda ei olnud astrofüüsikalises paigas seni täheldatud.
Tärnid on paljude elementide tootmiseks piisavalt kuumad. Kuid ainult kõige ekstreemsemates kuumades keskkondades saab luua raskemaid elemente nagu Strontsium. Ainult nendes keskkondades, nagu see kilonova, on piisavalt vabu neutroneid. Kilonovas pommitavad aatomeid pidevalt suur arv neutroneid, mis võimaldab kiirel neutronide püüdmise protsessil luua raskemaid elemente.
"See on esimene kord, kui saame neutronide hõivamise teel moodustatud vastloodud materjali otseselt siduda neutronitähtede ühinemisega, kinnitades, et neutronitähed on tehtud neutronitest, ja seostades pika aruteluga kiire neutronide püüdmise protsessi selliste ühinemistega," ütleb Camilla Juul Hansen Heidelbergi Max Plancki astronoomiainstituudist, kes mängis uuringus suurt rolli.
Ehkki X-shooteri andmed on olnud juba paar aastat, polnud astronoomid kindlad, et nad nägid kilonovis strontsiumi. Nad arvasid, et näevad seda, kuid ei saanud kohe kindel olla. Meie arusaam kilonovade ja neutrontähtede ühinemisest pole kaugeltki täielik. Kilonova X-shooter-spektrites on keerukusi, mida tuli läbi töötada, eriti raskemate elementide spektrite tuvastamisel.
„Me tulime tegelikult välja mõttega, et võib-olla näeme pärast sündmust üsna kiiresti strontsiumi. Siiski oli väga keeruline näidata, et see oli tõestatavalt nii. See raskus oli tingitud meie väga puudulikest teadmistest perioodiliste tabelite raskemate elementide spektraalse väljanägemise kohta, ”ütleb Kopenhaageni ülikooli teadlane Jonatan Selsing, kes oli paberil võtmeautor.
Siiani oli kiire neutronide püüdmise üle palju vaieldud, kuid seda pole kunagi täheldatud. See töö täidab ühe auku meie arusaamas nukleosünteesist. Kuid see läheb kaugemale. See kinnitab neutronitähtede olemust.
Pärast seda, kui James Chadwick avastas neutroni 1932. aastal, pakkusid teadlased välja neutronitähe olemasolu. Astronoomid Fritz Zwicky ja Walter Baade tõstatasid 1934. aasta artiklis arvamuse, et “supernoova esindab tavalise tähe muutumistneutronitäht, mis koosneb peamiselt neutronitest. Sellisel tähel võib olla väga väike raadius ja äärmiselt suur tihedus. ”
Kolm aastakümmet hiljem ühendati ja identifitseeriti neutronitähed impulssidega. Kuid mingil viisil ei õnnestunud tõestada, et neutrontähed on tehtud neutronitest, sest astronoomid ei suutnud spektroskoopilist kinnitust saada.
Kuid see avastus, tuvastades strontsiumi, mida oleks olnud võimalik sünteesida ainult ekstreemses neutronvoogudes, tõestab, et neutronitähed on tõepoolest valmistatud neutronitest. Nagu autorid oma töös ütlevad, annab "elemendi tuvastamine, mida oleks võimalik ainult nii kiiresti sünteesida äärmise neutronvoo all, esimesed otsesed spektroskoopilised tõendid selle kohta, et neutronitähed koosnevad neutronirikast ainest."
See on oluline töö. Avastus on ühendanud kaks auku meie arusaamas elementide päritolust. See kinnitab vaatluslikult seda, mida teadlased teoreetiliselt teadsid. Ja see on alati hea.
Veel:
- Pressiteade: neutronitähtede kokkupõrkest sündinud raske elemendi esimene tuvastamine
- Uurimistöö: strontsiumi tuvastamine kahe neutronitähe ühinemisel
- Vikipeedia: neutronipüüdmine
- 1934 raamat: Kosmilised kiired ettevõttelt Super-Novae
