Astronomii au descoperit Strontium în urma unei coliziuni între două stele neutronice. Aceasta este prima dată când un element greu a fost identificat vreodată într-o kilonova, urma explozivă a acestor tipuri de coliziuni. Descoperirea face o gaură în înțelegerea modului în care se formează elemente grele.
În 2017, Interferometrul Laser Gravitational-Wave Observatory (LIGO) și observatorul european VIRGO au detectat unde gravitaționale care provin din fuziunea a două stele de neutroni. Evenimentul de fuziune a fost numit GW170817 și a fost la aproximativ 130 de milioane de ani lumină distanță în galaxia NGC 4993.
Kilonova rezultată se numește AT2017gfo, iar Observatorul European Sud (ESO) a îndreptat câteva dintre telescoapele lor spre a-l observa pe diferite lungimi de undă. În special, aceștia au indicat foarte mare telescopul (VLT) și instrumentul său de fotografiere X la kilonova.
X-shooter-ul este un spectrograf cu mai multe lungimi de undă care observă în lumina vizibilă Ultraviolet B (UVB,) și aproape infraroșu (NIR.) Inițial, datele despre shooterul X sugerează că există elemente mai grele prezente în kilonova. Dar până acum nu au putut identifica elemente individuale.
„Aceasta este ultima etapă a unei alergări de zeci de ani pentru a stabili originea elementelor.”
Darach Watson, autor principal, Universitatea din Copenhaga.
Aceste rezultate noi sunt prezentate într-un nou studiu intitulat „Identificarea stronțiului în fuziunea a două stele neutronice.” Autorul principal este Darach Watson de la Universitatea Copenhaga din Danemarca. Lucrarea a fost publicată în jurnal Natură la 24 octombrie 2019.
„Reanalizând datele din 2017 din fuziune, acum am identificat semnătura unui element greu din această minge de foc, stronțiu, care demonstrează că coliziunea stelelor neutronice creează acest element în Univers”, a spus Watson într-un comunicat de presă.
Forjarea elementelor chimice se numește nucleosinteză. Oamenii de știință știu despre ea de zeci de ani. Știm că elementele se formează în supernove, în straturile exterioare ale stelelor îmbătrânite și în stelele obișnuite. Dar a existat un decalaj în înțelegerea noastră în ceea ce privește captarea neutronilor și modul în care sunt formate elemente mai grele. Potrivit lui Watson, această descoperire umple acest gol.
„Aceasta este ultima etapă a unei alergări de zeci de ani pentru a stabili originea elementelor”, spune Watson. „Știm acum că procesele care au creat elementele s-au petrecut mai ales în stele obișnuite, în explozii de supernove sau în straturile exterioare ale stelelor vechi. Dar până acum nu știam locația procesului final nedescoperit, cunoscut sub numele de captura rapidă de neutroni, care a creat elementele mai grele din tabelul periodic. "
Există două tipuri de captare de neutroni: rapidă și lentă. Fiecare tip de captare de neutroni este responsabil pentru crearea a aproximativ jumătate din elementele mai grele decât fierul. Captarea rapidă a neutronilor permite unui nucleu atomic să capteze neutroni mai repede decât poate decada, creând elemente grele. Procesul a fost elaborat în urmă cu zeci de ani și dovezi circumstanțiale au indicat kilonoveele ca fiind locul probabil pentru procesul de captare rapidă a neutronilor. Dar niciodată nu a fost observat pe un site astrofizic, până acum.
Stelele sunt suficient de fierbinți pentru a produce multe dintre elemente. Dar numai cele mai extreme medii calde pot crea elemente mai grele precum Strontium. Doar acele medii, precum această kilonova, au suficient neutroni liberi în jur. Într-o kilonova, atomii sunt bombardați în mod constant de un număr masiv de neutroni, ceea ce permite procesul rapid de captare a neutronilor să creeze elemente mai grele.
„Este pentru prima dată când putem asocia direct materialul nou creat format prin capturarea neutronilor cu o fuziune a stelelor neutronice, confirmând că stelele neutronice sunt făcute din neutroni și legând procesul îndelung dezbătut de captare a neutronilor la astfel de fuziuni”, spune Camilla Juul Hansen de la Institutul Max Planck pentru Astronomie din Heidelberg, care a jucat un rol major în studiu.
Chiar dacă datele despre trăgătorii X au fost în jur de câțiva ani, astronomii nu erau siguri că vedeau strontiu în kilonova. Au crezut că o văd, dar nu au putut fi siguri imediat. Înțelegerea noastră despre fuziunile kilonovei și a stelelor de neutroni este departe de a fi completă. Există complexități în spectrele X-shooter ale kilonovei, care trebuiau lucrate, mai exact când vine vorba de identificarea spectrelor elementelor mai grele.
„De fapt, am venit cu ideea că am putea vedea strontium destul de repede după eveniment. Cu toate acestea, arătând că acest lucru a fost demonstrabil cazul s-a dovedit a fi foarte dificil. Această dificultate s-a datorat cunoașterii noastre incomplete despre aspectul spectral al elementelor cele mai grele din tabelul periodic ”, spune cercetătorul de la Universitatea din Copenhaga, Jonatan Selsing, care a fost un autor cheie al lucrării.
Până acum, captarea rapidă de neutroni a fost mult dezbătută, dar niciodată observată. Această lucrare completează unul dintre găurile din înțelegerea noastră despre nucleosinteză. Dar merge mai departe de atât. Confirmă natura stelelor neutronice.
După ce neutronul a fost descoperit de James Chadwick în 1932, oamenii de știință au propus existența stelei de neutroni. Într-o lucrare din 1934, astronomii Fritz Zwicky și Walter Baade au prezentat ideea că „o super-nova reprezintă tranziția unei stele obișnuite într-ostea neutronică, constând în principal din neutroni. O astfel de stea poate avea o rază foarte mică și o densitate extrem de mare. "
Trei decenii mai târziu, stelele neutronice au fost legate și identificate cu pulsars. Dar nu a existat nicio modalitate de a demonstra că stelele neutronice erau făcute din neutroni, deoarece astronomii nu au putut obține confirmarea spectroscopică.
Dar această descoperire, prin identificarea stronțiului, care ar fi putut fi sintetizată doar în fluxul de neutroni extrem, dovedește că stelele neutronului sunt făcute într-adevăr din neutroni. După cum spun autorii în lucrarea lor, „Identificarea unui element care ar fi putut fi sintetizat atât de repede sub un flux extrem de neutroni, oferă primele dovezi spectroscopice directe conform cărora stelele de neutroni conțin materie bogată în neutroni.”
Aceasta este o muncă importantă. Descoperirea a prins două găuri în înțelegerea noastră despre originea elementelor. Acesta confirmă în mod observațional ceea ce oamenii de știință știau teoretic. Și asta este întotdeauna bine.
Mai Mult:
- Comunicat de presă: Prima identificare a unui element greu născut din coliziunea stelelor de neutroni
- Document de cercetare: identificarea stronțiului în fuziunea a două stele de neutroni
- Wikipedia: Neutron Capture
- 1934 Hârtie: raze cosmice de la Super-Novae
